光譜儀規格和厚度測量的關係

正文

光譜儀(yi) 規格和厚度測量的關(guan) 係

光譜儀(yi) 是MProbe測量係統的關(guan) 鍵組成部分。

光譜儀(yi) 規格與(yu) 測厚能力有何關(guan) 係？

哪些光譜儀(yi) 參數很重要並影響測量性能？

動態範圍(DNR)或信噪比(SNR)如何與(yu) 厚度和n&k測量相關(guan) 聯。

波長分辨率或波長範圍如何影響可測量的厚度範圍？

動態範圍

動態範圍是可測量的max和min信號的比率。我們(men) 使用16位ADC，因此max信號為(wei) 65535ADC計數。min的信號是暗電流的RMS信號（噪聲）。它主要由檢測器的讀出噪聲決(jue) 定。對於(yu) Ariel光譜儀(yi) 中使用的cmosS11639檢測器，RMS噪聲約為(wei) 13至14個(ge) ADC計數。這給出了~5000的動態範圍。因此，我們(men) 可以測量100%到0.02%的反射率。當然，0.02%將是檢測限（信號=噪聲）；因此我們(men) 可以在低反射率水平下精確測量約0.1%的反射率差異。圖1（左）顯示了其中一項測量結果。反射光譜中幹涉條紋的幅度約為(wei) 0.1%，並且非常清晰：薄膜疊層模型與(yu) 測量數據相符，並且可以準確確定厚度/n&k。

圖1 低光學對比度測量–基材上的塗層，折射率差異<0.1反射條紋p-p幅度~0.1%。模型根據數據進行擬合，厚度/n&k被準確確定。

為(wei) 了進行比較，許多流行的可見光譜儀(yi) 中使用的SonyILX和Toshiba1304探測器的DNR約為(wei) 1000。使用這些探測器之一進行圖1中的測量會(hui) 更加困難。另一方麵，像S10420這樣的高質量ccd探測器的DNR約為(wei) 40K至50K，並且可以準確測量0.01%的反射率。實際上，需要對固定模式噪聲進行非常精確的校準才能測量低信號電平的信號。

信噪比(SNR)

SNR提供了信號質量的衡量標準——它將信號的功率與(yu) 噪聲的平均功率進行比較。max信號達到max信噪比。噪聲源有很多，但大信號受到散粒噪聲的限製，即噪聲的主要貢獻來自光子散粒噪聲。短噪聲由檢測到的光子的波動定義(yi) ，並由平方根描述的光子數。對於(yu) CMOSS11639探測器，滿阱電子容量為(wei) 80ke。假設量子效率約為(wei) 0.6，則maxSNR約為(wei) 350。很明顯，SNR明顯低於(yu) 動態範圍。作為(wei) 比較，索尼ILX探測器的SNR約為(wei) 250，而東(dong) 芝1304探測器的SNR約為(wei) 300。高質量CCDS10420的maxSNR約為(wei) 550。

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