光譜儀規(guī)格和厚度測(cè)量的關(guān)系

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光譜儀規(guī)格和厚度測(cè)量的關(guān)系

光譜儀是MProbe測(cè)量系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分。

光譜儀規(guī)格與測(cè)厚能力有何關(guān)系？

哪些光譜儀參數(shù)很重要并影響測(cè)量性能辐宾？

動(dòng)態(tài)范圍(DNR)或信噪比(SNR)如何與厚度和n&k測(cè)量相關(guān)聯(lián)百拓。

波長(zhǎng)分辨率或波長(zhǎng)范圍如何影響可測(cè)量的厚度范圍诚些？

動(dòng)態(tài)范圍

動(dòng)態(tài)范圍是可測(cè)量的max和min信號(hào)的比率。我們使用16位ADC，因此max信號(hào)為65535ADC計(jì)數(shù)。min的信號(hào)是暗電流的RMS信號(hào)（噪聲）哑舒。它主要由檢測(cè)器的讀出噪聲決定。對(duì)于Ariel光譜儀中使用的cmosS11639檢測(cè)器幻馁，RMS噪聲約為13至14個(gè)ADC計(jì)數(shù)洗鸵。這給出了~5000的動(dòng)態(tài)范圍。因此仗嗦，我們可以測(cè)量100%到0.02%的反射率膘滨。當(dāng)然，0.02%將是檢測(cè)限（信號(hào)=噪聲）稀拐；因此我們可以在低反射率水平下精確測(cè)量約0.1%的反射率差異吏祸。圖1（左）顯示了其中一項(xiàng)測(cè)量結(jié)果。反射光譜中干涉條紋的幅度約為0.1%钩蚊，并且非常清晰：薄膜疊層模型與測(cè)量數(shù)據(jù)相符，并且可以準(zhǔn)確確定厚度/n&k蹈矮。

圖1 低光學(xué)對(duì)比度測(cè)量–基材上的涂層砰逻，折射率差異<0.1反射條紋p-p幅度~0.1%。模型根據(jù)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合泛鸟，厚度/n&k被準(zhǔn)確確定蝠咆。

為了進(jìn)行比較，許多流行的可見光譜儀中使用的SonyILX和Toshiba1304探測(cè)器的DNR約為1000。使用這些探測(cè)器之一進(jìn)行圖1中的測(cè)量會(huì)更加困難刚操。另一方面闸翅，像S10420這樣的高質(zhì)量ccd探測(cè)器的DNR約為40K至50K，并且可以準(zhǔn)確測(cè)量0.01%的反射率菊霜。實(shí)際上坚冀，需要對(duì)固定模式噪聲進(jìn)行非常精確的校準(zhǔn)才能測(cè)量低信號(hào)電平的信號(hào)。

信噪比(SNR)

SNR提供了信號(hào)質(zhì)量的衡量標(biāo)準(zhǔn)——它將信號(hào)的功率與噪聲的平均功率進(jìn)行比較鉴逞。max信號(hào)達(dá)到max信噪比记某。噪聲源有很多，但大信號(hào)受到散粒噪聲的限制构捡，即噪聲的主要貢獻(xiàn)來自光子散粒噪聲液南。短噪聲由檢測(cè)到的光子的波動(dòng)定義，并由平方根描述的光子數(shù)勾徽。對(duì)于CMOSS11639探測(cè)器滑凉，滿阱電子容量為80ke。假設(shè)量子效率約為0.6喘帚，則maxSNR約為350畅姊。很明顯，SNR明顯低于動(dòng)態(tài)范圍啥辨。作為比較涡匀，索尼ILX探測(cè)器的SNR約為250，而東芝1304探測(cè)器的SNR約為300溉知。高質(zhì)量CCDS10420的maxSNR約為550陨瘩。

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