跳到主要內容

臺灣博碩士論文加值系統

(3.237.38.244) 您好!臺灣時間:2021/07/24 16:26
字體大小: 字級放大   字級縮小   預設字形  
回查詢結果 :::

詳目顯示

: 
twitterline
研究生:邱智賢
研究生(外文):Jyh-Shyan Chiu
論文名稱:結合表面電漿共振及全反射外差干涉術的微小位移測量儀之研究
論文名稱(外文):The Study of Small-Displacement Measurement Based on the Surface Plasma Resonance Technique and Total Internal Reflection in Heterodyne Interferometry
指導教授:王信福
指導教授(外文):Shinn-Fwu Wang
學位類別:碩士
校院名稱:清雲科技大學
系所名稱:電子工程研究所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2007
畢業學年度:94
語文別:中文
論文頁數:56
中文關鍵詞:內部全反射表面電漿共振共光程外差干涉技術微小位移量測
外文關鍵詞:Total Internal Reflection (TIR)Surface Plasma Resonant (SPR) technologyCommon-Path Heterodyne Interferometry(C-P HI)small displacement measurement
相關次數:
  • 被引用被引用:10
  • 點閱點閱:139
  • 評分評分:
  • 下載下載:6
  • 收藏至我的研究室書目清單書目收藏:0
本論文提出一種採用內部全反射原理、表面電漿共振技術並利用共光程外差干涉術來測量微小位移的方法。
當一個具有兩種偏極(S 與P 偏振光)的外差光源以顯微物鏡聚焦在某光學鏡面上,其反射光經分光鏡反射再從一個直角稜鏡之斜邊折射進入此稜鏡, 先打到未鍍金屬膜之直角邊, 經反射後, 再打到鍍上金屬膜之直角邊, 之後反射, 再由斜邊折射出去。我們以檢偏板及光偵測器量得輸出端之S 偏振光與P 偏振光的干涉信號,可發現其相位差變化值與鏡面離開焦點的距離成某一關係。因此,藉由所取得的相位差變化值,可直接換算成鏡面的位移量。本方法,因其光路為共光程結構,因此具有穩定性高、組裝架構設置容易、及即時量測等優點。經數值模擬結果發現,其解析度可達0.1nm 左右。
In this research, a novel instrument for measuring small displacement by uses of the
surface plasma resonance (SPR) technology, the principles of total internal reflection (TIR) and heterodyne interferometry is presented.
As a heterodyne light source focuses on a mirror which is drived by a PZT, the reflected light is incident on a beam-splitter and then its reflected light is refracted into the hypotenuse of a right-angle prism. At first, the light is incident on a side of the right-angle prism (the surface of the side is uncoated metal). And then, the reflected light is incident on the other side that is coated with two layes of metal films. Finally, the light is detected by a photo-detector when it passes through the hypotenuse of the right-angle prism and an analyzer. We can achieve the phase difference variation between the s- and p-polarizations by a lock-in amplifier. For many noncommon-path optical measurement systems, the turbulence of environment, such as air interference or mechanical vibration, will interfere the results, and decreases the measurement resolution. With the novel instrument a small displacement can be obtained by measuring the phase difference between s- and p-polarizations. The displacement resolution of the method can reach 0.1 nm by numerical simulation. The method has some merits, e.g., a simple optical setup, high resolution, high sensitivity, rapid measurement, and high stability, etc.
目錄
中文摘要…………………………………………………………………………………… i
英文摘要…………………………………………………………………………………… ii
誌謝………………………………………………………………………………………… iv
目錄………………………………………………………………………………………… iv
表目錄……………………………………………………………………………………… vii
圖目錄……………………………………………………………………………………… viii
符號說明…………………………………………………………………………………… x
第一章 緒論………………………………………………………………………………… 1
1-1 研究背景與文獻回顧………………………………………………………………… 1
1-2 研究目的……………………………………………………………………………… 3
1-3 論文架構……………………………………………………………………………… 3
第二章 內部全反射外差干涉術原理……………………………………………………… 4
2-1 前言…………………………………………………………………………………… 4
2-2 Fresnel’s Equations………………………………………………………… 4
2-3 偏振原理……………………………………………………………………………… 6
2-3-1 線性偏振光(Linear Polarization Light)……………………………… 7
2-3-2 圓偏振光(Circular Polarization Light)……………………………… 8
2-3-3 橢圓偏振光(Elliptical Polarization Light)………………………… 10
2-4 內部全反射之原理…………………………………………………………………… 11
第三章 外差干涉原理……………………………………………………………………… 10
3-1 前言…………………………………………………………………………………… 16
3-2光調變器EOM(Electro-optic modulator)………………………………… 18
3-3光調變器軸向的定位………………………………………………………………… 20
第四章 表面電漿共振理論………………………………………………………………… 22
4-1 前言…………………………………………………………………………………… 22
4-2 表面電漿波之原理…………………………………………………………………… 22
4-3漿共振之耦合組態…………………………………………………………………… 24
4-3-1 Otto組態之結構……………………………………………………………… 24
4-3-2 Kretschmann組態之結構…………………………………………………… 25
4-3-3 四層Kretschmann組態之結構………………………………………………… 25
第五章 實驗系統架構……………………………………………………………………… 28
5-1 前言…………………………………………………………………………………… 28
5-2 物鏡焦距和反射鏡之關係…………………………………………………………… 28
5-3 以共光程外差干涉術作微小位移量測之實驗架構圖……………………………… 30
5-3-1 共光程外差光源架構圖…………………………………………………………… 31
5-3-2 光路架構分析……………………………………………………………………… 34
5-3-3 推導光在直角稜鏡內入射初始角與共振角與位移之關係式…………………… 34
第六章 結果與討論………………………………………………………………………… 38
6-1 前言…………………………………………………………………………………… 38
6-2 數值分析與結果……………………………………………………………………… 38
6-2-1 TIR相位差對入射偏移角( )之影響……………………………………………38
6-2-2 ATR 金屬膜厚度對強度之影響………………………………………………… 40
6-2-3 ATR 金屬膜厚度對相位差之影響……………………………………………… 41
6-2-4 ATR 金屬薄膜厚度實際量測與模擬分析……………………………………… 43
6-2-5 TIR+ATR 總相位差在量測與模擬分析……………………………………… 44
6-2-6 位移量測在量測與模擬分析…………………………………………………… 46
6-3 靈敏度………………………………………………………………………………… 49
6-4 解析度………………………………………………………………………………… 50
第七章 結論與未來展望…………………………………………………………………… 51
7-1 結論…………………………………………………………………………………… 51
7-2 未來展望……………………………………………………………………………… 51
參考文獻…………………………………………………………………………………… 52
簡歷………………………………………………………………………………………… 55

表目錄
表2.1馬克斯威爾方程式 Maxwell’s equations…………………………………… 5
表2.1 相位差對於偏振性之相關性……………………………………………………… 10

圖目錄
圖 2.1 光由介質1入射至介質2時之示意圖…………………………………………… 4
圖 2.2 線性偏振光表示圖……………………………………………………………… 7
圖 2.3 圓偏振光表示圖………………………………………………………………… 8
圖 2.4 橢圓偏振光表示圖……………………………………………………………… 10
圖 2.5內部全反射偏振光在角度改變對折射率絕對值之影響………………………… 12
圖 2.6內部全反射偏振光在角度改變對相位差之影響………………………………… 12
圖 2.7內部全反射偏振光量測強度與模擬比較圖……………………………………… 13
圖 2.8 在直角稜鏡上,光波在內部產生全反射光路圖……………………………… 13
圖 3.1 雙頻率外差信號及其干涉波形圖……………………………………………… 17
圖 3.2 電光調變器之光學架構………………………………………………………… 18
圖 3.3 鋸齒波之電壓信號……………………………………………………………… 19
圖 3.4 EOM軸向的定位………………………………………………………………… 21
圖 4.1 Otto組態的激發表面電漿共振示意圖………………………………………… 24
圖 4.2 Kretschmann組態的激發表面電漿共振示意圖……………………………… 25
圖 4.3 四層Kretschmann組態耦合結構之示意圖…………………………………… 26
圖 5.1 物鏡焦點與反射鏡位移關係…………………………………………………… 29
圖 5.2 物鏡與反射鏡位移實體圖……………………………………………………… 29
圖 5.3 微小位移測量儀之實驗架構圖………………………………………………… 30
圖 5.4 共光程外差干涉儀之光路架構圖……………………………………………… 32
圖 5.5 共光程外差干涉儀之實體架構圖……………………………………………… 32
圖 5.6 電光調制器之控制器和任意波形產生器實體圖……………………………… 33
圖 5.7 測試訊號與參考訊號兩訊號之波型圖………………………………………… 33
圖 5.8 光在稜鏡內部所行進之光路圖………………………………………………… 35
圖 5.9 直角稜鏡實體圖………………………………………………………………… 35
圖 5.10光線對位移變化簡易圖………………………………………………………… 37
圖6.1TIR相位差對入射偏移角( )之關係圖…………………………………………… 38
圖6.2 TIR相位差對入射偏移角實際與模擬之關係圖………………………………… 39
圖6.3金膜厚度對於ATR強度之關係比較圖……………………………………………… 40
圖6.4鈦膜厚度對於ATR強度之關係比較圖……………………………………………… 41
圖6.5金膜厚度對於ATR相位差之關係比較圖…………………………………………… 42
圖6.6鈦膜厚度對於ATR相位差之關係比較圖…………………………………………… 42
圖6.7 ATR 量測在單邊鍍膜稜鏡下相位差改變圖…………………………………… 43
圖6.8金屬膜厚度對角度與總相位差影響比較圖(大範圍) …………………………… 44
圖6.9金屬膜厚度對角度與總相位差影響表比較圖(小範圍) ………………………… 45
圖6.10實際量測角度與相位差影響圖…………………………………………………… 46
圖6.11在不同金屬膜在位移相位差影響圖……………………………………………… 47
圖6.12位移相位差模擬圖(大範圍) …………………………………………………… 47
圖6.13位移相位差模擬圖(小範圍) …………………………………………………… 48
圖6.14位移相位差實際量測圖…………………………………………………………… 48
圖6.15 位移對靈敏度之關係圖……………………………………………………… 49
圖6.16 位移對解析度之關係圖……………………………………………………… 50
參考文獻
1.陳威宇,「以共光程外差干涉儀作微小位移量測」,國立中央大學光電科學研究所,碩士論文,民國九十四年六月。
2.曾恆正,「共光程全反射外差干涉術之研究與應用」,國立中央大學光電科學研究所,碩士論文,民國九十五年七月。
3.李隆翔,「結合表面電漿共振及全反射外差干涉術的微小角度測量儀之研究」,私立清雲科技大學電子工程研究所,碩士論文,民國九十五年七月。
4.Pablo D. Ruiz, Manuel de la Torre-Ibarra and Jonathan M. Huntley, “Single-shot depth-resolved displacement field measurement using phasecontrastpolychromatic speckle interferometry ”, Proc. of SPIE Vol. 6341, 2006
5.Jae Wan Kim, Jong-Ahn Kim, Chu-Shik Kang, Tae Bong Eom, “A novel Michelson interferometer combined with an autocollimator for the simultaneous measurement of linear and angular displacement ”, Proc. of SPIE 587911-1, 2005
6.Tim C. Petersen, Vicki J. Keast, “Astigmatic intensity equation for electron microscopy based phase retrieval ”, Ultramicroscopy, 107 , 635–643, 2007
7.He Guotian, Wang Xiangzhao, Li Dailin, Hu Jianmin, “A new real-time surface profile measurement using a sinusoidal phasemodulating interferometry” ,Proc. of SPIE Vol. 6279 , 2007
8.------Peter J. Dwyer and Charles A. DiMarzio, “Confocal reflectance theta line scanning microscope for imaging human skin in vivo”, OPTICS LETTERS Vol. 31, No. 7 April 1, 2006
9.Dae Jin Park, Gyeung Ju Park, Tea Sung Aum, Jong Hoon Yi, and Jin Hyuk Kwon,
“Measurement of displacement and vibration by using the oblique ray method
” ,APPLIED OPTICS Vol. 45, No. 16 1, 2006
10.Y. Pavan Kumar Sanjib Chatterjee “Noncontact thickness measurement of plane-parallel transparent plates with a lateral shearing interferometer ” SPIE Optical Engineering, 2007
11.Wei Mao, Shulian Zhangv, “A high-resolution displacement sensor based on multiple feedback effect of birefringence dual frequency lasers ”, Proc. of SPIE Vol. 6280, 2006
12.Candida L. Desjardins , Lynn T. Antontelli , Edward Soares, “A remote and non-contact method for obtaining the blood-pulse waveform with a laser Doppler vibrometer ”, Proc. of SPIE Vol. 6430, 2007
13.William N. Frost , Jean Wang, Christopher J. Brandon, “A stereo-compound hybrid microscope for combined intracellular and optical recording of invertebrate neural network activity ”, Journal of Neuroscience Methods 162 , 148–154, 2007
14.YANG Xudong, CHEN Yurong , XIE Tiebang , “A two-dimension displacement sensor and its application in profile measurement ”, Proc. of SPIE Vol. 6358, 2006
15.Peter J. Dwyer and Charles A. DiMarzio, “Confocal reflectance theta line scanning microscope for imaging human skin in vivo”, OPTICS LETTERS Vol. 31, No. 7, April 1, 2006
16.Ju-Yi Lee, Hui-Yi Chen, Cheng-Chih Hsu and Chyan-Chyi Wu,“Heterodyne interferometer for measurement of in-plane displacement with sub-nanometer resolution
”, Proc. of SPIE Vol. 6280, 2006
17.Meri¸c ¨Ozcan , “High sensitivity displacement sensing surface plasmon resonance “, Proc. of SPIE 59271T-1, 2005
18.Chien-ming Wu ,“Improved straightness interferometer for nanometrology ”, SPIE Vol. 5638 , 2005
19.Ming-Hung Chiu, Bo-Yuan Shih, Chih-Hsien Shih, Ling-Chih Kao, Lih-Horng Shyu, “Small displacement measurement based on surface plasmon
resonance and heterodyne interferometry”, Proc. of SPIE, Vol. 6038
20.Shinan Qian Peter Takacs, “Design of multiple-function long trace profiler”, April 2007,Vol. 46_4_
21.Ming-Horng Chiu, Cheng-Der Chen, and Der-Chin Su, “Method for determining the fast axis and phase retardation of a wave plate”, Optical Society of America, 1996
22.Shinan Qian Peter Takacs,“Design of multiple-function long trace profiler”, SPIE ptical Engineering, 2007
23.Eugene Hecht OPTICS, 歐亞書局
24.A. Yariv, P. Yeh, Optical waves in crystal, 亞美書局, 1983.
25.Ming-Horng Chiu, Cheng-Der Chen, and Der-Chin Su,”Method for determining the fast axis and phase retardation of a wave plate“, Optical Society of America , 1996
26.Raether, H, Surface Plasmons , Springer-Verlag, Berlin (1988)
27.Andreas Otto, “Excitation of Nonradiative Surface Plasma Waves in Silver by the Method of Frustrated Total Reflection”, Z.Phys., 1968
28.Kretschmann, E., “The Determination of the Optical Constants of Metals by excitation of Surface Plasmons”Z.Phy, 241,313, 1971
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
第一頁 上一頁 下一頁 最後一頁 top
無相關期刊