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演讲人：
日期:
平晶干涉光谱解读
CATALOGUE
目录
01
基础概念
02
光学原理
03
设备与数据采集
04
解读方法
05
应用实例
06
总结与优化
01
基础概念
干涉光谱定义
区别于传统吸收/发射光谱
与传统光谱技术不同，干涉光谱反映的是光程差引起的相位信息，而非物质能级跃迁导致的吸收或发射特征。
03
干涉光谱中包含了被测物体的光学特性信息，如折射率、厚度、表面形貌等，通过分析光谱可反演出这些物理参数。
02
携带被测物体信息的光谱特征
光波叠加产生的强度分布
干涉光谱是由两束或多束相干光波相互叠加后，在空间或时间上形成的周期性光强分布，表现为明暗相间的条纹图案。
01
平晶干涉仪利用两个高精度平行光学平面（平晶）形成干涉腔，入射光在平晶上下表面多次反射产生多光束干涉。
平晶干涉仪原理
基于平行平板干涉的光路设计
根据光路调整方式可分别实现等厚干涉（固定入射角）或等倾干涉（固定光程差），两种模式适用于不同测量场景。
等厚干涉与等倾干涉模式
通过已知波长光源校准干涉条纹，结合相位解调算法将条纹位移量转化为待测物理量的精确测量值。
波长标定与相位解调
解读核心目标
提取光学厚度信息
通过分析干涉条纹间距和偏移量，计算被测样品的光学厚度（物理厚度与折射率的乘积），精度可达纳米量级。
表面形貌重构
利用干涉条纹的畸变特征，重建样品表面三维形貌，适用于光学元件、半导体晶圆等超精密表面检测。
材料特性分析
结合多波长干涉数据，可推算材料的色散特性、应力分布等参数，为材料科学研究提供关键数据支持。
动态过程监测
通过高速采集干涉光谱变化，实现薄膜生长、细胞迁移等动态过程的实时监测与量化分析。
02
光学原理
光干涉基本现象
相干光叠加原理
当两束或多束相干光波相遇时，其振幅会相互叠加，形成明暗相间的干涉条纹，条纹分布取决于光程差和波长，是平晶干涉的核心物理现象。
等厚干涉与等倾干涉
平晶干涉中，等厚干涉由介质厚度差异引起（如牛顿环），等倾干涉则与入射角相关，二者共同构成复杂的光强分布图谱。
干涉条纹对比度
受光源单色性、相干长度及系统振动等因素影响，对比度降低会导致信号信噪比下降，需通过稳频激光器和隔振平台优化。
光谱形成机制
多光束干涉模型
平晶干涉仪通过多次反射产生多光束干涉，其透射光谱呈现周期性锐峰，自由光谱范围（FSR）由平晶厚度和折射率决定。
傅里叶变换光谱关联
时域干涉图经傅里叶变换得到频域光谱，分辨力取决于最大光程差，平晶的平行度误差会引入相位畸变，需校准补偿。
波长标定方法
利用已知参考谱线（如汞灯特征峰）或可调谐激光器进行波长校准，非线性采样误差需通过插值算法修正。
关键参数影响
平晶材料色散特性
熔石英、氟化钙等材料的折射率温度系数和色散曲线直接影响光谱偏移量，高温环境下需引入热膨胀补偿算法。
03
设备与数据采集
干涉仪构造要素
分束器与合束器
干涉仪的核心光学元件，分束器将入射光分为两束，合束器将两束光重新合并产生干涉，其材质（如氟化钙或熔融石英）和镀膜工艺直接影响光谱分辨率和信噪比。
01
参考镜与移动镜
参考镜固定不动，移动镜通过精密位移平台（如压电陶瓷驱动）改变光程差，其位移精度需达到纳米级以确保干涉条纹的相位稳定性。
激光稳频系统
采用He-Ne激光器作为参考光源，需配合主动稳频技术（如Pound-Drever-Hall锁频）以维持波长稳定性，避免因频率漂移导致的光谱失真。
环境隔离装置
干涉仪需置于隔振平台和恒温箱中，减少机械振动和温度波动对光程差的干扰，确保数据采集的重复性。
02
03
04
光谱数据获取步骤
移动镜以恒定速度扫描（如1μm/s），同步触发ADC模块采集干涉信号，采样频率需满足奈奎斯特准则（通常≥2倍最高光谱频率）。
扫描与采样控制
01
04
03
02
采用Mertz相位校正算法消除因移动镜非线性运动引入的相位误差，将原始干涉图以二进制格式存储供后续处理。
相位校正与数据存储
调整分束器角度和镜面平行度，利用激光干涉条纹进行光路准直，确保两束光的光程差对称性，初始化位移平台至零位。
光路校准与初始化
采集空白背景（无样品）的干涉图，从样品信号中扣除背景噪声，并通过多次扫描取平均降低随机误差。
背景扣除与平均处理
原始图谱特征
干涉图中心区域出现高强度信号（burst），对应零光程差位置，其幅值与光源亮度和样品吸收特性直接相关，是定标的关键参考点。
中心burst现象
远离中心burst的干涉条纹振幅呈指数衰减，衰减速率由光源相干长度决定，短相干光源（如白光）的干涉图仅限窄范围。
边带振荡衰减
样品吸收峰会导致特定光程差处的干涉条纹调制深度降低，反映为局部包络线凹陷，需通过傅里叶变换提取频域信息。
调制深度变化
因电子器件热
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