等垂直波矢的隨機(jī)表面光散射理論及實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、光散射實(shí)驗(yàn)測(cè)量法是測(cè)量隨機(jī)表面形貌特征最有力的手段之一。由于其測(cè)量?jī)x器裝備簡(jiǎn)單并且對(duì)外界環(huán)境抗干擾性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，光散射實(shí)驗(yàn)測(cè)量法被廣泛運(yùn)用到各個(gè)領(lǐng)域，比如材料的向前生長(zhǎng)，纖維光學(xué)元件的探測(cè)，裂縫截面材料的分析等等。通常情況下隨機(jī)粗糙表面具有分形特征，這些分形特征已被證明對(duì)散射光強(qiáng)的分布有著重要的影響。在過去的幾十年里，對(duì)隨機(jī)粗糙表面參量的提取，包括分形指數(shù)，傳統(tǒng)的粗糙度和橫向相關(guān)長(zhǎng)度，引起了廣泛的興趣。隨著自仿射分形表面模型理論和光散射實(shí)

2、驗(yàn)測(cè)量的發(fā)展與完善，各種各樣測(cè)量隨機(jī)粗糙表面樣品參量的方法逐一被提出來。光散射實(shí)驗(yàn)中測(cè)量各向同性隨機(jī)表面樣品使用最為廣泛的就是面內(nèi)光散射實(shí)驗(yàn)測(cè)量法，趙亦平等人提出了面內(nèi)角分辨光散射實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的方法，在角分辨光散射實(shí)驗(yàn)中，散射光強(qiáng)輪廓是通過改變?nèi)肷浣菑亩淖儾ㄊ复怪狈至?k的值來測(cè)量的。描述隨機(jī)表面的統(tǒng)計(jì)參量，包括能夠描述隨機(jī)表面分形特征的參量在內(nèi)，都能夠從這些散射光強(qiáng)輪廓中提取出來。到目前為止，大多數(shù)文獻(xiàn)中的光散射實(shí)驗(yàn)測(cè)量主要是通過探測(cè)器

3、沿著以反射點(diǎn)為中心的一條垂直線段來實(shí)施的。在這種情況下，波矢的垂直分量 k并不能保證一直是不變的，也許會(huì)帶來測(cè)量上的一些誤差。為了能夠得到更精確的結(jié)果，探測(cè)器需要沿著一條特殊的圓弧曲線，在這條圓弧曲線上能夠確保波矢的垂直分量 k是一個(gè)定值，這樣往往會(huì)在裝置設(shè)計(jì)上稍微復(fù)雜點(diǎn)?，F(xiàn)在由于CCD的經(jīng)常運(yùn)用使獲取散射光強(qiáng)圖樣變得非常容易，在許多散射實(shí)驗(yàn)中CCD取代了只能測(cè)量一個(gè)點(diǎn)的單個(gè)探測(cè)器。更重要的是，在確定入射角情況時(shí)，波矢的垂直分量只隨散射

4、角的變化而變化。因此，不同的等波矢垂直分量 k的散射輪廓曲線就能夠從一張散射圖樣中獲取了。而本文就是基于這方面的考慮，利用角分辨散射實(shí)驗(yàn)方法來測(cè)量隨機(jī)粗糙表面樣品的粗糙指數(shù)的。
　　在本論文中，我們先介紹了隨機(jī)表面的形貌特征及其測(cè)量方法，然后介紹了隨機(jī)表面的光散射理論，接著利用AFM測(cè)量?jī)蓚€(gè)樣品的參量，最后，我們提出了利用實(shí)驗(yàn)的方法來實(shí)現(xiàn)從一幅光強(qiáng)散射圖樣中提取出不同的等垂直波矢量的光散射輪廓函數(shù)。在光散射實(shí)驗(yàn)中，照明光以一定的入

5、射角度照明隨機(jī)表面樣品而獲得的一幅散射光強(qiáng)分布圖。為了獲得等垂直波矢的散射光強(qiáng)輪廓函數(shù)，需要讀取拍攝的CCD圖上的一條特殊曲線上相應(yīng)的的光強(qiáng)值，這條特殊的曲線上散射角是固定的，但隨方位角而變化。通過改變不同的散射角，我們就能獲得不同垂直波矢時(shí)的光散射輪廓曲線。利用這些曲線可獲得每一條曲線的半寬度，通過半寬度，我們就能夠獲得隨機(jī)粗糙表面樣品的粗糙指數(shù)。在光散射實(shí)驗(yàn)中我們采用的是兩個(gè)粗糙硅片表面，并且利用原子力顯微鏡AFM測(cè)量出每個(gè)樣品的粗