激光测温之干涉测温技术知识简析

本文从原理和应用的角度介绍了激光干涉测温技术。

干涉测温技术原理

干涉测温技术是几种主要的激光测温方法之一。

当入射激光束照射到具有两个平行平面的透明板上时，由于透明板中的多次反射而产生的干涉会出现，并且可以观察到光条纹，如下图。

d是透明薄膜的物理厚度，

L1和L2的光程差，

光程差与材料的温度相关系数，也与激光的入射波长相关。

指定波长情况下，通过量测条纹的变化，可以推算出厚度d（热膨胀）、折射率n的变化，进一步可以推测出温度的变化。

干涉测温技术应用

干涉测温技术只能在衬底材料相对于探测光束透明时使用。

使用632.8nm的He-Ne激光器研究许多光学透明电介质，其中热膨胀是主要影响。

1.15um和1.5um的IR激光器则用于半导体工艺（Si、GaAs、InP、InGaAsP）的温度监测，如等离子体蚀刻、薄膜沉积和退火。

对于介电材料的温度测量，热膨胀在光路变化中占主导地位。

然而，对于半导体干涉温度测量，热膨胀效应和折射率的温度依赖性都会导致干涉现象。折射率的温度依赖性是由折射率直接相关的能隙Eg的温度依赖引起的。因此，当通过干涉测温法确定温度时，必须同时考虑热膨胀和折射率。

通常，热膨胀系数的值比折射率的温度系数小大约一个数量级，如下图。

因此，半导体干涉测量法对折射率的变化比对厚度的变化敏感大约10倍。

图：硅衬底温度测量实验系统，来自：Studies on real-time and high sensitive monitoring methods for material processing using ultrashort-pulse laser techniques

审核编辑：刘清