快速全光譜反射差分光譜儀的研究.pdf

1、反射差分光譜儀是一種對表面光學各向異性具有高靈敏度的新型光學測量儀器，在半導體材料表面分析與加工、金屬表面研究、液晶器件檢測等領域已獲得成功應用。隨著應用范圍的不斷擴展，儀器綜合性能朝更高的方向發(fā)展，快速全光譜并行測量型儀器是主要發(fā)展方向之一。本論文圍繞這一主題，首先對光彈調制式單通道儀器進行了多通道改造，搭建了一臺雙通道并行測量樣機；在此基礎上，提出了旋轉補償器式多通道并行、快速測量型反射差分光譜儀的概念，并完成第一臺以旋轉補償器為調

2、制技術的反射差分光譜儀。經(jīng)過與光彈調制式單通道商用儀器實驗結果的比對，新型儀器在保持相同測量精度的同時，將全光譜的測量時間縮短為原有的1/10，較好地將快速測量與全光譜并行測量的特點融于一體。按照工作開展的順序，課題的研究內(nèi)容和成果可歸納為以下幾個方面： 1.對單通道光彈調制器式儀器進行多通道改造，創(chuàng)新性地提出基于數(shù)據(jù)采集板與計算機虛擬技術的采集方案，實驗分析了采集板性能和數(shù)據(jù)處理方法對測量精度的影響，如快速傅里葉變換和鎖相放大

3、技術，并創(chuàng)新性地提出兩種普適公式用于校正多通道測量中光彈調制器的位相延遲隨波長非線性變化造成的誤差。 2.首次提出旋轉補償器式反射差分光譜儀的概念，并通過建立數(shù)學模型，分析了儀器多種誤差源，如器件自身缺陷、光學器件裝配誤差、傳感器測量誤差等，與測量結果間存在的數(shù)學聯(lián)系，創(chuàng)新性地提出基于起偏器方位角的系統(tǒng)誤差標定方法和旋轉起偏器消除系統(tǒng)誤差的在線校正方法。針對數(shù)據(jù)的采集與處理，創(chuàng)新性地提出基于實時讀取補償器旋轉角度與最小二乘法的方

4、案。 3.開發(fā)第一臺旋轉補償器式多功能反射差分光譜儀，儀器包括光學測量系統(tǒng)，電子控制系統(tǒng)以及軟件等部分。在儀器控制環(huán)節(jié)提出數(shù)據(jù)同步采集機制。 4.系統(tǒng)地測試并分析了光源、探測器、補償器等器件自身可能存在的缺陷及其對儀器測量性能的影響，討論了處理光譜數(shù)據(jù)的幾種數(shù)學方法，并利用單通道光彈調制式商用機，對旋轉補償器式儀器的性能進行了對比性測試。 5.采用旋轉補償器式儀器實際測試多種樣品，進一步評價新儀器性能，同時指出存