Измерение толщин оптически прозрачных слоистых структур методом спектральной интерферометрии

Abstract

В работе представлены результаты применения метода спектральной интерферометрии оптического диапазона для измерения толщин тонких пленок. Аналитически и экспериментально проанализирован спектр суммарного излучения на выходе волоконно-оптического интерферометра Фабри–Перо, который формируется за счет отражений широкополосного излучения от многослойных структур, в том числе и для частного случая двух отражений, когда объектом исследования являются тонкие пленки. Выделены информативные компоненты спектра, соответствующие расстояниям до отражающих поверхностей. Результаты экспериментов, которые проводились с использованием широкополосных светодиодных источников оптического излучения, находятся в полном соответствии с теоретическими выводами. Разработан программный инструментарий с графическим интерфейсом пользователя, предназначенный для обработки и визуализации данных, полученных экспериментально. Полученные в работе результаты позволят улучшить характеристики измерительного оборудования в медицине, профилометрии, а также создавать эталонные средства измерений в метрологии.

У роботі представлені результати застосування методу спектральної інтерферометрії оптичного діапазону для вимірювання товщини тонких плівок. Аналітично та експериментально проаналізовано спектр сумарного випромінювання на виході волоконно-оптичного інтерферометра Фабрі–Перо, який формується за рахунок відбиттів широкосмугового випромінювання від багатошарових структур, в тому числі і для окремого випадку двох відбиттів, коли об’єктом дослідження є тонкі плівки. Виділено інформативні компоненти спектра, відповідні відстаням до поверхонь, що відбивають. Результати експериментів, які проводилися з використанням широкосмугових світлодіодних джерел оптичного випромінювання, перебувають у повній відповідності з результатами, отриманими теоретично. Розроблено програмний інструментарій з графічним інтерфейсом користувача, призначений для обробки і візуалізації отриманих експериментальних результатів. Результати, що були отримані в роботі, дозволять поліпшити характеристики вимірювального обладнання в медицині, профілометрії, а також створювати еталонні засоби вимірювальної техніки в метрології.

The results of applying the method of spectral interferometry in optical band for measuring the thicknesses of thin films are presented in this paper. We have analyzed analytically and experimentally the spectrum of the total radiation at the output of the fiber optic Fabry-Perot interferometer which is formed by broadband light reflections from the multilayer structures, including the special case of two reflections when the object of study are the thin films. The spectrum informative components corresponding to the distances to the reflective surfaces have been obtained. The results of experiments conducted using broadband LED light sources of optical radiation are in full agreement with the results which were obtained theoretically. A software tool with a graphical user interface for processing and visualization of the experimental results has been developed. The obtained results will help improve the performance of the measuring equipment in medicine, profilometry, and create standards for metrology.