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(duì)表面光學(xué)各向異性具有高靈敏度的新型光學(xué)測(cè)量?jī)x器，在半導(dǎo)體材料表面分析與加工、金屬表面研究、液晶器件檢測(cè)等領(lǐng)域已獲得成功應(yīng)用。隨著應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)展，儀器綜合性能朝更高的方向發(fā)展，快速全光譜并行測(cè)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(duì)光彈調(diào)制式單通道儀器進(jìn)行了多通道改造，搭建了一臺(tái)雙通道并行測(cè)量樣機(jī)；在此基礎(chǔ)上，提出了旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器式多通道并行、快速測(cè)量型反射差分光譜儀的概念，并完成第一臺(tái)以旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器為調(diào)

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

3、技術(shù)，并創(chuàng)新性地提出兩種普適公式用于校正多通道測(cè)量中光彈調(diào)制器的位相延遲隨波長(zhǎng)非線性變化造成的誤差。 2.首次提出旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器式反射差分光譜儀的概念，并通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型，分析了儀器多種誤差源，如器件自身缺陷、光學(xué)器件裝配誤差、傳感器測(cè)量誤差等，與測(cè)量結(jié)果間存在的數(shù)學(xué)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(biāo)定方法和旋轉(zhuǎn)起偏器消除系統(tǒng)誤差的在線校正方法。針對(duì)數(shù)據(jù)的采集與處理，創(chuàng)新性地提出基于實(shí)時(shí)讀取補(bǔ)償器旋轉(zhuǎn)角度與最小二乘法的方

4、案。 3.開(kāi)發(fā)第一臺(tái)旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器式多功能反射差分光譜儀，儀器包括光學(xué)測(cè)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(jī)制。 4.系統(tǒng)地測(cè)試并分析了光源、探測(cè)器、補(bǔ)償器等器件自身可能存在的缺陷及其對(duì)儀器測(cè)量性能的影響，討論了處理光譜數(shù)據(jù)的幾種數(shù)學(xué)方法，并利用單通道光彈調(diào)制式商用機(jī)，對(duì)旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器式儀器的性能進(jìn)行了對(duì)比性測(cè)試。 5.采用旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器式儀器實(shí)際測(cè)試多種樣品，進(jìn)一步評(píng)價(jià)新儀器性能，同時(shí)指出存