[发明专利]偏振复用的共光路自校准薄膜厚度测量装置及测量方法

权利要求书

1.一种偏振复用的共光路自校准薄膜厚度测量装置，包括光源输出模块(1)、膜厚测量探头模块(6)、解调干涉仪模块(7)、偏振分束模块(8)以及采集与控制模块(9)；其特征是：光源输出模块(1)的输出光经由45°起偏器(2)输入到保偏耦合器(3)中；保偏耦合器(3)将入射光分为两路分别经过0°检偏器(4)和90°检偏器(5)进入膜厚测量探头模块(6)的第1测量探头(601)和第2测量探头(602)中进行测量；经由第1测量探头(601)和第2测量探头(602)的返回光输入到解调干涉仪模块(7)中；通过解调干涉仪模块(7)中的位置扫描装置(704)的扫描实现光程的匹配；将匹配光程的干涉信号输入到偏振分束模块(8)中实现不同偏振态、不同波长干涉光的分离；分离后的干涉信号由采集与控制模块(9)中采集进行相关参数的计算；

所述光源输出模块(1)由宽谱光源(101)、第1隔离器(102)、窄带稳频激光光源(103)、第2隔离器(104)以及第1波分复用器(105)所组成，宽谱光源(101)与第1隔离器(102)相连接，窄带稳频激光光源(103)与第2隔离器(104)输入端相连接，第1隔离器(102)输出端与第1波分复用器(105)的第1输入端(1a)相连，第2隔离器(104)输出端与第1波分复用器(105)的第2输入端(1b)相连。

2.根据权利要求1所述的偏振复用的共光路自校准薄膜厚度测量装置，其特征是：所述的光源输出模块(1)中各光源的特征为：宽谱光源(101)的半谱宽度大于45nm，出纤功率大于2mW；窄带稳频激光光源(103)的半谱宽度小于1pm，出纤功率大于2mW；宽谱光源(101)与窄带稳频激光光源(103)具有不同的中心波长，且二者的频谱在半谱宽度内没有重叠的部分。

3.根据权利要求1所述的一种偏振复用的共光路自校准薄膜厚度测量装置，其特征是：所述膜厚测量探头模块(6)由第1测量探头(601)以及第2测量探头(602)所组成；第1测量探头(601)与第2测量探头(602)能够同时实现对传输光线的透射和反射；第1测量探头(601)与第2测量探头(602)在保偏光纤的快轴和慢轴均能工作；第1测量探头(601)与第2测量探头(602)的出射光线互相重合；待测器件(603)放置测量时，分别与第1测量探头(601)和第2测量探头(602)的出射光线垂直；第1测量探头(601)与0°检偏器(4)的输出端相连接，第2测量探头(602)与90°检偏器(5)输出端相连接。

4.根据权利要求1所述的偏振复用的共光路自校准薄膜厚度测量装置，其特征是：所述解调干涉仪模块(7)由保偏耦合器(701)、保偏自聚焦透镜(702)、可移动单面反射镜(703)以及位置扫描装置(704)所组成，保偏自聚焦透镜(702)在保偏光纤的快轴和慢轴均能工作、能够同时实现反射和透射、镜头的光线反射率在20％～80％之间，由第1测量探头(601)和第2测试探头(602)收集的光分别通过保偏耦合器(3)的第2输出端(3b)输入到保偏耦合器(701)第2输入端(7b)中，保偏耦合器(701)的第3输出端(7c)与保偏自聚焦透镜(702)连接，保偏耦合器(701)的第1输出端(7a)与偏振分光棱镜(803)的输入端连接；保偏自聚焦透镜(702)、可移动单面反射镜(703)和解调干涉仪耦合器(701)共同组成解调干涉仪。

5.根据权利要求1-4任何一项所述的偏振复用的共光路自校准薄膜厚度测量装置，其特征是光路中连接光纤的特征是：宽谱光源(101)输出端尾纤、窄带稳频激光光源(103)、第1隔离器(102)各端口尾纤、第2隔离器(104)各端口尾纤、第1波分复用器(105)、45°起偏器(2)输入端尾纤各端口尾纤均为单模光纤；45°起偏器(2)输出端尾纤、保偏耦合器(3)各端口尾纤、0°检偏器(4)输入输出端尾纤、90°检偏器(5)输入输出端尾纤、第1测量探头(601)尾纤、第2测量探头(602)尾纤、保偏耦合器(701)各端口尾纤、保偏自聚焦透镜(702)尾纤、偏振分光棱镜(803)各端口尾纤、第2波分复用器(801)各端口尾纤、第3波分复用器(802)各端口尾纤第1光电探测器(903)尾纤、第2光电探测器(904)尾纤、第3光电探测器(905)尾纤、第6光电探测器(906)尾纤均为保偏光纤。

6.一种基于根据权利要求1所述的偏振复用的共光路自校准薄膜厚度测量装置的薄膜厚度测量方法，其特征是：

(1)、在不插入待测薄膜(603)时，驱动位置扫描装置(704)进行光程扫描，使第1测量探头(601)内部反射光(611)与第2测量探头(602)外表面反射光(612)进行光程匹配、第2测量探头(602)内部反射光(621)与第1测量探头(601)外表面反射光(622)进行光程匹配；通过采集与控制模块(9)对进行解调记录，获得两测量探头之间的绝对距离H；

(2)、将待测薄膜(603)插入第1测量探头(601)与第2测量探头(602)中间，待测薄膜(603)与第1测量探头(601)与第2测量探头(602)的出射光线垂直；驱动位置扫描装置(704)进行光程扫描，使由第1测量探头(601)内部反射光(613)与待测薄膜前表面(603a)反射光(614)进行光程匹配、第2测量探头(602)内部反射光(623)与待测薄膜后表面(603b)反射光(624)进行光程匹配；通过采集与控制模块(9)对相关参数进行解调记录，分别获得第1测量探头(601)与待测薄膜前表面(603a)的距离H1、第2测量探头(602)与待测薄膜后表面(603b)的距离H2；

(3)、由上述的两次测量值确定薄膜厚度d，即d＝H-(H1+H2)。