迈克尔逊干涉测薄膜厚度

在利用迈克尔逊干涉测量薄膜厚度的实验装置中加入了压力传感器。该设计光路可以在无需已知薄膜透射率、折射率等物理参数的情况下,测得薄膜厚度,而且基本消除了外界挤压对薄膜厚度造成的误差影响。     

“比较测量法”在三线摆实验中的应用

探讨了＂三线摆法测转动惯量＂实验在传统测量方法上产生较大误差的原因,对原实验的测量方法进行了改进,提出了新的测量方法——＂比较测量法＂,并运用误差理论作了较为详细的阐述。     

基于白光干涉的光学薄膜物理厚度测量方法

设计了一套利用白光干涉理论测量薄膜厚度的系统,主要包括迈克耳孙白光于涉系统和光纤光谱仪.对干涉信号进行频域分析,结合拟合测试与理论能量曲线的方法并选择合适的目标函数,进一步精确反演得到待测薄膜样品的物理厚度,使用上述方法对多组不同厚度的薄膜样品进行计算,并对结果进行了详细的精度及误差分析.将本实验装置测试所得到的数据与传统的光度法相比较,结果表明使用该测试方法测量光学薄膜物理厚度的误差可以小于1 nm.与传统的光度法和椭偏法相比,提供了一种测量光学薄膜厚度的较为简单、快速的解决方案,同时保证了较高的精度.     

基于FFT的薄膜厚度干涉测量新方法

在研究二维FFT法进行干涉测试基本原理的基础上,提出一种基于二维FFT的薄膜厚度测量新方法。利用搭建的泰曼-格林型干涉系统,用CCD接收、采集卡采集,可获得被测膜层的干涉条纹图像。编制算法处理软件,可实现对干涉条纹图中薄膜边缘识别、区域延拓、滤波、波面统一等的处理,从而获得带有薄膜信息的面形分布,实现对薄膜样片厚度的自动化测量。研究结果表明：所测薄膜厚度的峰谷值为0．2562,均方根值为0．068λ,说明采用基于FFT的薄膜厚度干涉测量新方法测量薄膜厚度具有较高的精度。     

三维扫描技术在薄膜厚度分布测量中的应用

提出了利用相位跟踪法测量薄膜厚度分布的新方法,介绍了测量系统各部分的结构,给出了测量结果.实验表明,对于硅片上的PbTiO3薄膜,测试误差小于7 nm.     

积分光谱法测量塑料薄膜厚度研究

在谱带朗伯定律概念的基础上,通过分析光束在透过塑料薄膜时光强所发生的变化,提出了谱带积分透过率定义并建立基于谱带积分透过率的薄膜厚度测量模型。采用不同厚度的聚丙烯薄膜作为实验对象,使用光谱仪测量了其光谱透过率。按上述模型拟合了薄膜厚度与谱带积分透过率关系式。使用500K理想黑体,分析了基于此方法研制新型宽谱带塑料薄膜厚度在线检测装置的可行性。实验结果表明：使用积分光谱法可以较高精度的测量塑料薄膜厚度。基于此方法研制的塑料薄膜厚度在线检测装置,有望解决使用双单色光对比法测薄膜厚度时存在的准确性低、通用性差的问题。     

单摆实验中不等精度测量的不确定度分析

以单摆测重力加速度的实验数据处理为例,运用“加权平均”法对不等精度测量的不确定度进行处理,从而使最终测量结果更具合理性和准确性.     

非接触法自动测量薄膜厚度

根据白光等厚干涉原理,基于单片机改造的迈氏干涉仪用于自动测量透明薄膜厚度,采用非接触性测量法。当迈克尔逊干涉仪静镜形成的虚像与动镜相交所成的夹角很小时,在光屏上看到彩色干涉条纹,插入薄膜后,光程差改变,彩纹消失。步进电机带动微调手轮转动,当彩纹再次出现,即可得出透明薄膜厚度。     

Measurement of Density Inhomogeneity for Glass Pendulum

The density inhomogeneity of a glass pendulum is determined by an optical interference method. The relative variations of the densities over a volume with sizes of 5 × 5×5 mm^3 are （0.64 ± 0.97） × 10^-5 and （0.99 ± 0.92） × 10^-5 for the K9 glass and silica glass pendulum, respectively. These variations of densities contributing to the relative uncertainties of the Newtonian gravitational constant G are 0.20 ppm and 0.21 ppm in our experiment on measurement of G.     

基于激光拉曼光谱的水面油膜厚度测量方法研究

为了实现水体表面油膜厚度的快速非接触检测,基于激光拉曼光谱检测技术,搭建了水体表面油膜厚度拉曼光谱检测系统。以532 nm激光作为激发光源,以常见的柴油和汽油为例研究了不同油品的拉曼光谱特性,研究结果表明,油膜拉曼光谱响应特性与油品密切相关,相同油膜厚度情况下不同油品的拉曼光谱曲线有明显的差异,97#汽油在1 651 cm-1光谱强度要高于90#汽油。随着油膜厚度的增加,柴油316和1 451 cm-1光谱强度和汽油1 651 cm-1拉曼位移光谱强度增加,油拉曼光谱信号变强;根据油水界面拉曼光谱特征,设计了油膜厚度计算因子,实验证明随着油膜厚度增加,油膜厚度计算因子r_film呈下降趋势。可以将油膜厚度计算因子作为水体表面油膜厚度测量的一种依据。     

样品厚度对薄膜法X射线荧光光谱测量的影响研究

分别以富集有Cr,Pb和Cd三种元素的尼龙薄膜样品及玻璃纤维滤膜为研究对象,采用滤膜叠加的方式,通过XRF光谱仪测量不同样品厚度下薄膜样品的XRF光谱,根据测得的尼龙薄膜样品中Cr,Pb,Cd元素及玻璃纤维滤膜中Ca,As和Sr元素特征XRF性质的变化,研究样品厚度对薄膜法XRF光谱测量的影响。结果表明：薄膜样品厚度对不同能量区间上元素特征谱线荧光性质的影响并不相同。元素特征谱线能量越大,元素特征X射线荧光穿透滤膜到达探测器的过程中损失越少;但由薄膜样品厚度增加引起的基体效应却越强,相应特征谱线位置处的背景荧光强度就越大,因此样品厚度增加所引起的基体效应对薄膜法XRF光谱测量的灵敏度影响就越大。对于特征谱线能量较低(能量小于7 keV)的元素,以增加薄膜样品厚度的方式来增加待测组分的质量厚度浓度,并不能有效地提高薄膜法XRF光谱测量的灵敏度;对于特征谱线能量较高的元素(能量＞7 keV),可以通过适当增加样品厚度以增加被测组分的质量厚度浓度的方式来提高XRF光谱测量的灵敏度,薄膜样品厚度在0.96～2.24 mm内,更有利于XRF光谱的测量与分析。该研究为大气及水体重金属薄膜法XRF光谱分析中薄样制备及富集技术提供了重要的理论依据。     

静电单摆实验的研究

静电单摆是一个静电演示实验，由于这个实验生动形象，我们将其拓展成为本校高二自主物理实验选修课的一个课题．让学生做静电单摆实验会收到意想不到的教学效果．经过几年的教学实践，学生普遍反映收获较大，对静电知识的掌握有较大的提高，尽管有些知识未学过，但通过实验仍能理解和掌握．下面将有关静电单摆实验的这一课题介绍如下．     

双面金属铝包覆介质波导测量介质厚度和折射率

利用双面金属铝包覆波导的测量方法,测量了硅片的厚度和折射率。这种方法利用双面金属铝包覆波导的超高阶模的偏振不灵敏和对金属层要求较低的特点,降低了对仪器的要求和测量的成本。同时,由于应用高灵敏的超高阶导模为探针,测量精度较高,结果显示测量精度在1%以内。     

沿膜厚方向的簿膜非均匀折射率及其色散测量

以传统的光学监控法与石英晶体振荡法为基础,在薄膜沉积过程中,同时测量膜片的透过率及膜层的厚度,以及与它们对应的控制波长,并根据三者与折射率之间的关系,由计算机反解出不同膜厚处的折射率——非均匀折射率及不同厚度、不同波长处的薄膜折射率——非均匀色散。同时给出了硫化锌薄膜在水晶石薄膜的测量实例,并进行了分析与讨论。     

扭摆法测转动惯量实验装置的研究

传统的扭摆法测转动惯量多使用单线摆、三线摆等,针对传统的扭摆法测转动惯量装置的一些缺陷,比如由于产生摆动、计时方法不科学使计时结果不准确、装置不能保持在水平面上转动等造成的测量误差较大的问题,研究制造了一种新的实验装置。这套装置用涡卷弹簧提供扭摆的动力,用光电对管配合单片机进行精确计时,并且采用了变面接触为线接触等多种减小摩擦的设计来提高测量精度,使误差大大减小了。整套装置具有测量结果精确、操作简单、体积小、能测量不规则的及难以直立的物体的转动惯量、能很好地验证平行轴定理等优点。     

膜厚监控误差及监控片不均匀对膜厚监控的影响

借助于VC 编程从理论上模拟分析了膜厚监控误差以及监控片不均匀性对光学膜厚监控的影响。结果表明,膜厚监控误差和监控片的不均匀性都对监控曲线有影响;随着膜层层数的增加,监控片不均匀性逐渐增大。实验制备了多层规整薄膜并对其监控曲线进行了分析,分析表明考虑到膜厚监控误差和监控片不均匀性后计算的光学监控曲线和镀膜过程实测光学监控曲线吻合较好。这说明膜厚监控误差和监控片不均匀性是引起监控曲线与理论值偏离的重要因素。介绍了如何计算考虑膜厚监控误差和监控片不均匀性后的理论监控曲线。这将对膜厚自动监控,尤其是对非规整膜系的自动监控具有重要的指导意义。     

超二代微光像增强器多碱光电阴极膜厚测量研究

介绍了多碱光电阴极的光学性能和光谱反射率特性,测量了多碱阴极的光谱反射率曲线.该曲线与普通光学膜层光谱反射率曲线相比,形状较不规则,原因是多碱阴极膜层存在光吸收.光谱反射率曲线上的干涉峰是入射光在玻璃与阴极膜层界面反射和在阴极膜层与真空的界面反射的两束光发生干涉的结果.根据干涉的原理,如果阴极膜层所反射的两束光的光程差为二分之一波长的偶倍数时,光谱反射将出现干涉加强峰;如果阴极膜层所反射的两束光的光程差为二分之一波长的奇倍数时,光谱反射将出现干涉减弱峰.根据超二代像增强器光谱反射干涉峰对应的波长,可以计算出其阴极膜层的厚度约为191 nm,比二代像增强器阴极膜层的厚度增加了38％.多碱阴极膜层厚度是影响多碱阴极灵敏度的一个关键参量,仅仅靠人眼观察阴极膜层颜色的方法不准确.实践证明,利用光谱反射的方法来计算阴极膜层厚度的方法简单有效.如果在多碱阴极的制作过程中进行光谱反射率的监控,那么将可以精确控制阴极膜层的厚度,对多碱阴极的研究将会更加深入,多碱阴极的灵敏度也将会得到进一步的提升.     

实验改进与创新薄膜干涉实验的改进——第五届全国自制教具评选获奖作用之一

高中物理讲薄膜干涉实验时,按书上的装置来做,虽能勉强做出,但笔者认为,效果还不十分理想.(1)金属丝圈在肥皂液里蘸过以后,环上形成的液膜,要等一阵,让液膜形成楔形截面才能看到干涉条纹.在这"等"的过程中,肥皂液膜由于受风吹,操作者的喘气,酒精灯火焰的热辐射等因素的干扰,液膜蒸发快,存留时间短(几秒至十几秒钟),往往刚出现干涉条纹,液膜随之破裂,让观察者大为扫兴,又得重新蘸皂液.这样来回多次,既浪费时间,又不能仔细观察.     

光电计数装置在单摆实验装置中的应用

用单摆测定重力加速度时会存在实验误差,将光电计数装置应用在单摆实验装置中能够降低实验的误差,提高实验的真实性和操作性,使该实验更趋于完善.     

半导体薄膜场发射中的膜厚影响

考虑到薄膜中的电子散射,发展与完善了现有的场发射F-N(Fowler-Nordheim)模型,理论研究了不同厚度的半导体薄膜对其场发射性能的影响。结果表明:薄膜厚度对场发射性能的影响是非常显著的,随着薄膜厚度的增加,将相继出现极差膜厚值与最佳膜厚值,理论计算很好地验证了已有的实验结果;并进一步理论分析了半导体薄膜场发射性能随膜厚变化行为的物理实质,其可能来源于有效隧穿势垒面积的改变及电流密度在薄膜中的散射衰减。