光学超外差技术结合相位测量：精密检测光学膜厚

"超外差光学膜厚的精密测量" 光学薄膜在现代科技中扮演着关键角色，尤其是在光谱学、激光技术和空间技术中。为了推动薄膜技术的进步，精确地测量和理解薄膜的微观结构和光学特性至关重要。文章介绍了一种结合光学超外差技术和相位高精度测量的新型方法，用于精密测量光学膜的厚度，其测量灵敏度达到了0.1纳米级别。 传统的薄膜厚度测量方法，如干涉显微镜法、多光束干涉法、X射线荧光法等，虽然有一定应用，但在精度方面仍存在局限。椭圆偏振法是目前较为精准的方法，但受制于仪器组件的精度，如起偏器、检偏器和1/4波片的相位延迟精度，其测量精度提升受到限制。 本文提出的新方法利用纵向塞曼双频稳频He-Ne激光器作为光源，这种激光器能稳定地输出两束不同频率的激光。通过光学超外差技术，将这两束激光在薄膜表面相互作用，产生频率差，这个频率差与薄膜厚度有关。然后，采用分偏振干涉结构，使得激光在薄膜上反射后产生的干涉信号可以通过相位测量来解析。 实验中，通过检测反射光的相位变化来确定薄膜厚度。由于相位变化与薄膜厚度成正比，因此，高精度的相位测量能转化为高精度的膜厚测量。这种方法的优点在于结构紧凑、操作简便，并且因为是非接触测量，所以不会对薄膜造成损伤。此外，由于采用了相位测量，它对环境振动的敏感度较低，有利于提高测量稳定性。 实验结果表明，该方法的测量结果与理论分析吻合良好，并且与其他测量方法的测量结果进行了比较，验证了其测量精度和可靠性。这种方法的应用不仅能够为光学薄膜的生产和研发提供更准确的表征工具，还可能对改进和优化其他测量技术产生积极影响。 这项工作在精密光学测量领域迈出了重要的一步，为光学薄膜的研究和工业生产提供了新的测量手段，有望在未来的光学制造和材料科学中发挥重要作用。