实验三干涉显微镜测量薄膜厚度..docxVIP

实验三干涉显微镜测量薄膜厚度一、实验目的掌握干涉显微镜的工作原理及使用方法；用干涉显微镜测量薄膜厚度。二、实验说明2.1 实验原理把显微镜和光波干涉仪结合起来设计而成的显微镜为干涉显微镜。干涉显微镜的类型很多，常用的干涉显微镜是以迈克耳逊干涉仪为原型，其原理却都是以劈尖干涉为基础的，下图1为劈尖干涉的示意图：若在两块平面玻璃间垫一细丝，即形成一个空气劈尖（为便于说明问题图中夸大了细丝的直径）。当一束单色光射入时，则在空气劈尖（n=1）上下两表面所引起的反射光线将相互干涉。若这两束光的光程差恰为半波长的奇数倍时，则发生相消干涉而呈现暗色条纹；若光程差为半波长的偶数倍时，发生加强干涉而得到明亮条纹。一定的明暗条纹对应一定的厚度，所以这些干涉条纹也叫等厚条纹。条纹间的距离l，随劈尖的夹角而变化，越小，l越大。图 1 劈尖干涉的示意图图2表面沟槽及干涉条纹的形状图3薄膜与其干涉条纹的形状在迈克耳逊干涉仪中，只要某一光程差发生变化，就要引起干涉场中条纹移动，光程差每改变半个波长()，则干涉条纹移动一个条纹间距。故待测样品表面若存在局部不平, 结果会导致干涉条纹发生弯曲, 条纹弯曲的程度是样品表面微观凹凸不平程度的反映, 只要测出条纹的弯曲量就可以求出样品表面的凹凸量。根据这一原理, 可借助该仪器来测量镀膜膜层的厚度.设M1、M2是两个不严格垂直的理想平面，则得到等厚干涉直线条纹。若表面M2上有沟槽，干涉条纹将发生弯曲或断折，如图2所示。沟槽的深度h由式（4—1）决定。（4—1）式中，Ｈ为干涉条纹曲折量，e为条纹的间距。若用白光照明，e是指两根接近黑色的干涉条纹中心间的距离。这时λ取540nm（绿光λ=0.53μm=5300?）。若被测件的部分表面镀有厚度为h的薄膜，则只要测量出干涉条纹间距e和因镀膜而引起的干涉条纹位移量Ｈ，就可算出该薄膜的厚度。如图3所示。图4 6JA型干涉显微镜光学系统1-光源 2-聚光镜 3,11,15-反光镜 4-孔径光阑 5-视场光阑 6-照明物镜 7-分光板 8,10-物镜 9-补偿板 12-转向棱镜 13-分划板 14-目镜 16-摄影物镜2.26JA型干涉显微镜的光学系统及构造2.2.1 6JA型干涉显微镜的光学系统本实验用的是6JA型干涉显微镜, 其光学系统如图1所示, 属于双光束干涉系统。光源1发出的光经聚光镜2投射到孔径光阑4平面上, 视场光阑5不在照明物镜6的前焦面上, 光经分光板7, 被分成两部分: 一部分反射, 另一部分透射. 被反射的光经物镜8射向标准反射镜M1, 再由M1 反射, 射向目镜14; 而从分光板上透射的光线通过补偿板9、物镜10射向工件表面M2, 再由M2反射, 射向目镜14. 在目镜分划板13上两束光产生干涉. 从目镜中可以观察到干涉条纹. 若样品表面平滑,则干涉条纹是平直的.图五 6JA型干涉显微镜构造2.2.26JA型干涉显微镜构造6JA型干涉显微镜其主体是个方箱。上面是工作台（2），前面是目镜（1），后面是干涉条纹调节机构（3），（3）下面是灯源（4），（1）下面是照相机（5），主体安置在底座（16）上，两旁还有各种用途的手轮。下面分别介绍其结构与操作方法。目镜头（1）它是一个普通的测微目镜，转动测微目镜上鼓轮（1a）能使目镜视场中十字线位移，位移量由分划刻度和鼓轮上刻度读出。视场中刻线格值1毫米，鼓轮上刻线格值0.01毫米。松开螺丝（1b）可将测微目镜在目镜转头（1c）中转动，同时也可将测微目镜从镜筒拔出，换上狭缝目镜（17）。目镜转头（1c）（在松开支紧螺钉1d后），可连同测微目镜在主体上转动，测量大工件时，把仪器倒过来放在被测工件上，此时目镜转头也应转过180°，定位为准。(b)工作台（2）用手推滚花轮（2 a）可是工作台面作任意方向移动，将被测工件表面所需要测量的部分移到视场中去。将滚花轮（2 b）转动，可使工作台作360°旋转。将滚花轮（2 c）转动，可使工作台作高低移动，以便对工件表面进行调焦，使工件表面清晰地成像在目镜视场中。(c) 干涉条纹调节机构（3）其中安置物镜O1和标准镜P2，同时转动手轮（7），（9）可改变干涉条纹的方向和宽度，（7 a）和（7b）是同轴手轮，因此作用相同。转动手轮（14）能使物镜O2和标准P1一起作轴向微量移动能随时补偿因温度，外力等影响而产生光程的变化。手轮（8）可调节标准镜P1和物镜O1之间的距离，以便使镜P1表面精确地成像在目镜视场中。还有一个手轮（15）可以改变标准镜P1的反射率，将手轮（15）朝一个方向转到底时，镜P2具有高反射率；（15）朝另一方向转到底时，是低反射率，这适合于被测工件是玻璃等非金属或无光泽的反射率表面，以保证在这时也能得到良好对比的干涉条纹。(d) 灯源（4）直接拉伸灯头，可是灯丝作轴向位移，转动调