纳米级介质涂层的全光纤椭偏仪

测量薄膜(厚度从不到一纳米到几微米的薄膜)的折射率和厚度对于表征它们和提高采用薄膜的传感器和器件的性能至关重要。同时确定这两个参数的最成熟的方法是椭偏法，有广泛的商业解决方案可供选择。然而，这项技术不能直接测量厚度和折射率，而是根据光学测量和薄膜材料的光学模型计算它们，而这些模型必须事先知道。

来自西班牙纳瓦拉公立大学的Ignacio R. Matías教授的传感器研究小组，与加拿大卡尔顿大学的Jacques Albert教授的先进光子元件实验室合作，提出了一种完全不同的方法来确定薄膜的厚度和折射率，该方法基于倾斜光纤光栅(TFBGs)中多包层模式共振的波长漂移。

光纤光栅由沿光纤芯的折射率周期性调制组成，通常是具有8 μm厚芯和125μm厚包层的单模光纤。在TFBGs的情况下，光栅周期为500 nm左右，光栅相对于垂直于光纤轴的角度成角。

通过芯传播的光和通过包层反向传播的光之间的耦合(光被光栅反射)导致光谱中出现包层模式共振。这些共振发生在波长范围约100 nm的光谱间隔1 nm左右。同时跟踪大量共振的波长，每个共振提供单独的测量，能够准确地确定多个参数。

在发表在《光电子进展》杂志上的这项工作中，通过采用8个共振的波长漂移，同时测量了沉积在光纤上的TFBG刻写的二氧化钛(TiO2)薄膜的厚度和折射率。这是通过比较沉积过程中8个TFBG共振的实验波长偏移与一系列厚度(T)和折射率(n)值的模拟偏移来实现的。

然后，为每个(n,T)对计算的误差函数的最小化为沉积膜的厚度和折射率提供了解决方案。TFBG(n = 2.25，最终厚度为185 nm)获得的最终值均在常规椭圆仪和扫描电子显微镜进行验证测量的4%以内。

这种方法提供了一种测量在原位光纤上形成纳米级介电涂层的方法，用于需要精确厚度和折射率的应用，如光纤传感器领域。此外，TFBG也可以用作在其他基底上沉积的工艺监测器，沉积方法可以在不同形状的基底上产生均匀涂层。

该技术与其他传统的方法相比，这些方法需要使用共存的见证样本，例如椭圆偏振法，或者使用一些涂层纤维进行破坏性测量。因此，本文提出的方法可以克服这些限制，并建立一个新的标准来测量沉积在光纤上的薄膜的厚度和折射率。

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