可调谐激光器--移相干涉法测量光学表面质量

前言：确定关键部件的表面质量，即与预期形状的偏差，无论是平面还是球面等，是高精度制造的关键。当光束照射到有疵病的光学元件表面时, 会产生杂散光。在光学系统中, 影响其性能的主要原因是由系统内部产生的大量散射光造成的, 即使整个光学系统设计得再好, 如果内部光学元件的质量不过关, 那么构成的系统也不能正常工作。

干涉仪测量方法

传统的检测方法由干涉仪组成，例如Twyman-Green干涉仪（如下图所示），将测试光与参考光学进行比较。干涉仪的两个臂之间的光程差会在光电探测器的光屏上形成干涉条纹（通常为CCD阵列）。在参考光和测试光之间引入小的倾斜度会产生干涉图样，其中与均匀间隔的直线条纹的任何偏差都意味着测试组件中的像差，如下所示。

虽然许多移相干涉仪都使用HeNe激光器作为光源，但使用外腔可调谐激光器（例如Newport的TLB-6700）却具有明显的优势。首先，当光学元件镀有对633 nm的抗反膜时，可选择与光学元件的工作波长完全匹配的光。其次，通过不平衡的两臂和改变激光波长可以实现时变相移，从而无需线性驱动器对参考光进行平移。

Newport可调谐激光器

Newport的TLB-6700系列可调谐激光器，调谐速度快，范围宽-Z高达 100 nm，调谐波长范围可从407-2450nm。除以上提及应用也可以用作诸如微腔谐振器和原子光谱等方面。

具有非常zhuo越的特性：

·可保证在整个指定的波长范围内实现单模、无跳模调谐。

·电动和压电控制可实现宽范围扫描和微调

·低噪声，窄线宽--是市面上ECDL激光器中线宽Z窄的·集成的光纤耦合

可选型号：

       对于材料和加工工业中广泛使用的纸制品、树脂产品、金属镀膜等，表面形貌和表面粗糙度测量在防止故障或质量控制中起重要作用。尤其，当多层薄膜出现不良产品时，需要确定是表面，界面或是层内哪个部位出现了问题。在大多数情况下，是进行切割以确定异常部位。但是，某些样品是不能进行切割的，无损检测就变得极为重要。纳米尺度3D光学干涉测量系统VS1800，可同时满足上述高精度的表面形貌测量及对多层膜的无损测量，在材料和加工工业中实现了广泛的应用。

下面就以两个实例来对多层膜无损测量分析的功能进行介绍。

1.透明样品：金属镀膜分析

       以下是对金属透明镀膜进行无损测量分析的一个实例，从分析数据中可以得到表面，界面三维形貌，以及厚度分布的三维图像，对于大范围的面分析以及厚度参差不齐有一个更为直观和清晰的认识。

2.不透明样品：名片印字部分分析

       以下是对名片印字部分进行无损测量分析的一个实例，从分析数据中可以得到表面三维形貌，并且可以观察到碳粉和纸之间的分界面，从而可以测量碳粉的厚度，如图所以，红色部分碳粉的厚度为2.6㎛。

       综上所述，使用日立纳米尺度3D测量系统，针对透明、半透明样品甚至某些特殊的不透明样品，尝试内部结构的无损测量，得到多层结构每层厚度、内部缺陷、每层界面粗糙程度等等信息。为相关领域客户提供了一个快速简便的解决方案。

日前，Wavelength 推出了新品——ClarityPlus可调谐激光器，它具有独特而丰富的功能，可覆盖整个C-Band，其内置的NIST可追溯的气室（H13C14N），能保证在该范围内波长的Z高精度和稳定性。此外，它加上被锁定的50条参考吸收线，可实现波长精度＜0.1pm。同时，通过连续实时偏移，可按ITU grid输出稳定的功率，后续会提供L-Band和模块化的产品。

ClarityPlus是一款独特实用的新型仪器，作为一台桌面型C-Band可调谐激光器，内置了NIST可追溯的波长标准，可用来校准用户的光学仪器。该激光器具有两种工作模式：Reference Mode，输出波长锁定在内置气室的吸收线上（50条吸收线的任意一条）ITU Mode，按照ITU Grid输出，波长将参考附近的吸收线，并提供实时波长偏移，使得压力测试不受锁定过程的干扰。当H13C14N气室的使用，使得激光器输出的波长精度不会随时间改变，具有0.1pm的精度，不需要周期性的校准。该激光器也可通过RS232接口通讯，指令符合SCPI指令集。

产品特点：

·频率基准

·NIST可追溯的精度保证

·支持ITU grid

·优异的功率稳定性

·窄线宽

·SBSYZ

应用领域：

·光通讯试验台

·传感

·通用激光器

·相干通讯

H13C14N参考吸收线相对强度采样光谱

室温1.5小时功率随时间的变化曲线，变化幅度±0.006dB。优异的功率稳定性，非常适合诸如插损测试等应用

在10℃温度循环测试中，波长随时间的变化曲线。总漂移<<1pm。ClarityPlus允许C-Band内任意波长可追溯至NIST标准

       润湿性是与自然界、工业过程和我们日常生活息息相关的一个重要属性。基于座滴法的接触角测量正成为表征液体和固体表面之间润湿性的一个标准、强大的工具。固体样品有很 大一部分，以分散颗粒、粉末的形式存在，或具有连续但多孔的结构。对于这类样品来说， 用标准的座滴法来合理地确定接触角是很难或不可能的。

       针对此类测量，德国LAUDA Scientific公司将粉末/多孔介质模块(POM)引入到LSA100光学接触角测量仪中，扩展为新的设备LSA100POM粉末润湿性测量仪。LSA100POM通过视频实时跟踪吸收液的液面变化，精确测量吸收液的体积，根据Washburn法计算粉末及多孔材料的动态接触角。LSA100POM不仅表征了粉末及多孔材料的润湿性能，还实现了Washburn法的可视化。

       通常，粉末及多孔材料润湿性的表征需要两台仪器才可以完成，LSA100POM打破了这个常规，彻底放弃了重量法张力仪的辅助，在同一台仪器上测量不同浸润性能(亲水/疏水，亲油/疏油)的粉末及多孔材料。

LSA100POM粉末润湿性测量仪的优势特点如下： 

||  实时跟踪液面

LSA100POM 实时跟踪吸收液的液面变化，并具有全自动补液 维持液面恒定的功能。 可跟踪的液面高度精度达到10微米。

||  实时跟踪吸收液的体积

LSA100POM 实时跟踪吸收液的体积变化，并全自动输出吸收体积（V）及吸收体积平方（V²）随时间变化的曲线图。体积测量精度达到0.1微升。

||  标准化的装样方式

LSA100POM配有进样棒和标准重量砝码，使每次装样都是标准化的，从而降低粉末样品的不同堆积密度对测量的影响。标准化的装样方式使LSA00POM可以轻松、准确地测量大比表面积的样品，如：气相法二氧化硅，电池专用炭黑等。

||  便于清洗的样品管

LSA100POM的样品管，采用可拆卸双通式设计。便于清洗及高温处理。样品管无玻璃 棉衬底，保证了有色粉末样品（如:炭黑）在样品管上的无残留。确保样品管可快速重复使 用，大大提供了测量效率。

||  便于操作的一键模板式测量软件

LSA100POM的粉末测量软件，采用一键模板式设计，便于不同操作者的标准化重复测量。

       LAUDA Scientific 接触角测量仪广泛应用于各个行业领域，如与材料和界面化学相关的实验室，以及石油行业、化学化工、电子电路、医疗生物等领域，是科研工作者的有力工具。

        在很多应用领域会涉及到测量超亲水材料的接触角。比如液晶屏和太阳能电池板的清洗工序。清洗后有机污染物去除的越彻底，材料表面越清洁则接触角数值越小。工艺上往往要求水滴的接触角小于10°甚至更低。

        利用传统的侧视法接触角测量仪测量接触角，如果接触角低于15°，测量难度随着接触角角度的减小而急剧升高，准确性和可靠性下降；当接触角低于约5°时，几乎很难再得到有意义的结果。对于测量极低接触角，俯视测量法是一种非常可靠的测量方法。俯视测量法是通过从液滴正上方观测在固体表面上的液滴形状来获得液滴接触角的测量方法。

        侧视法和俯视法对同一液滴同时拍照得到的图片如下图所示，接触角5°左右时侧视法的液滴轮廓已经模糊，软件无法自动准确地计算出液滴的边界，而俯视法液滴的三相接触线轮廓清晰可见。

        俯视法接触角测量仪测量范围广，尤其是接触角值极小时依然能够得到准确可靠的测量结果。在此类应用中俯视法和传统侧视法相比，有着明显的优势，是测量超亲水材料接触角的JJ选择。

临界胶束浓度(CMC)是用于测量和表征表面活性剂的重要参数，必须通过实验来确定。 传统上采用 DuNoüy 环法或 Wilhelmy 片法来确定表界面张力，然后基于表面界面张力来测量CMC。但无论是 DuNoüy环法或还是Wilhelmy 片法都不适合于测量含有表面活性剂的溶液。

LAUDA Scientific接触角测量仪发现了测量CMC的新方法，即采用光学悬滴分析法测量临界胶束浓度(CMC)，LAUDA接触角测量仪能够配备CMC扩展模块，实现光学悬滴法CMC全自动测量。与传统的基于力学天平法测量 CMC 相比，LAUDA接触角测量仪提供了完美的全新测量方法和全自动测量设备，功能强大，操作简单，可应用于科学研究、产品开发和工业生产。 

与传统测量方法相比，光学悬滴分析法在准确性、可靠性、方便性和对包含各种表面活 性剂的溶液的适用性，以及自动化程度方面，都具有明显的优势:

1) 较高的绝对和相对精度

2) 非常广泛的测量范围：从约 10-3 到几千 mN/m； 

3) 完美的适用于测量表面和界面张力； 东方德菲知识分享 

4) 全自动、无需监测即可完成测量； 

5) 可暂停、中断，并继续测量； 

6) 终点浓度在测量完成后仍可扩展； 

7) 适用于各种表面活性剂； 

8) 一次测量即可确定静态 CMC 以及动态 CMC。

白光干涉测厚仪怎么测量

白光干涉测厚仪作为一种高精度的表面测量工具，广泛应用于材料科学、电子制造、光学检测等领域。其核心原理是利用干涉效应来测量薄膜或涂层的厚度。通过白光干涉技术，能够在不接触表面的情况下，精确测量不同厚度的薄膜层，尤其适用于高精度、微小尺寸的测量任务。本文将详细介绍白光干涉测厚仪的工作原理、测量步骤及其应用范围，帮助读者深入理解这一技术的优势与实际操作方法。

白光干涉测厚仪的工作原理

白光干涉测厚仪利用的是光的干涉现象。当白光照射到待测物体的表面时，光线会发生反射，部分光线从物体的上表面反射，部分光线从物体的底部反射。当这两束反射光重合时，因波长差异产生干涉。通过分析干涉条纹的变化，可以精确计算出物体表面与底层之间的厚度。其优点在于白光干涉测量可以在不接触物体的情况下进行，并且具有非常高的精度，适合微米级甚至纳米级的薄膜厚度测量。

白光干涉测厚仪的测量步骤

1. 准备工作：确保白光干涉测厚仪的光源和探测器正常工作，并进行设备的校准，以确保测量结果的准确性。

2. 样品放置：将待测物体稳固地放置在仪器的测量平台上，确保样品表面平整，避免因表面不规则导致测量误差。

3. 光源照射：仪器发出宽谱的白光照射到样品表面。待测物体的上表面和底部表面会分别反射光线。

4. 干涉条纹分析：通过仪器内的探测器接收反射回来的光信号，并进行干涉条纹的分析。干涉条纹的变化与待测物体的厚度成正比。

5. 厚度计算：系统会根据干涉条纹的变化，通过计算分析，输出样品的厚度数据。此时，仪器已经完成了整个测量过程。

白光干涉测厚仪的应用

白光干涉测厚仪广泛应用于各个领域，特别是在半导体、光学薄膜、涂层和纳米技术领域。其优势在于能够提供非接触、高精度的测量，避免了传统接触式测量可能带来的表面损伤。由于其高分辨率，能够满足不同精度需求的测量任务，特别是在要求薄膜厚度非常精确的场合，如光学元件的制造、电子器件的测试等。

专业总结

白光干涉测厚仪凭借其无接触、高精度的特点，成为了测量薄膜厚度的理想工具。通过干涉效应，仪器能够提供精确的厚度数据，广泛应用于科研、工业制造等多个领域。其操作流程简便、测量精度高，尤其适合微米至纳米级别的薄膜测量需求，是现代科技领域中不可或缺的高精度测量设备。