測量薄膜(厚度從不到一納米到幾微米的薄膜)的折射率和厚度對于表征它們和提高采用薄膜的傳感器和器件的性能至關(guān)重要。同時確定這兩個參數(shù)的最成熟的方法是橢偏法，有廣泛的商業(yè)解決方案可供選擇。然而，這項技術(shù)不能直接測量厚度和折射率，而是根據(jù)光學(xué)測量和薄膜材料的光學(xué)模型計算它們，而這些模型必須事先知道。

來自西班牙納瓦拉公立大學(xué)的Ignacio R. Matías教授的傳感器研究小組，與加拿大卡爾頓大學(xué)的Jacques Albert教授的先進(jìn)光子元件實驗室合作，提出了一種完全不同的方法來確定薄膜的厚度和折射率，該方法基于傾斜光纖光柵(TFBGs)中多包層模式共振的波長漂移。

光纖光柵由沿光纖芯的折射率周期性調(diào)制組成，通常是具有8 μm厚芯和125μm厚包層的單模光纖。在TFBGs的情況下，光柵周期為500 nm左右，光柵相對于垂直于光纖軸的角度成角。

通過芯傳播的光和通過包層反向傳播的光之間的耦合(光被光柵反射)導(dǎo)致光譜中出現(xiàn)包層模式共振。這些共振發(fā)生在波長范圍約100 nm的光譜間隔1 nm左右。同時跟蹤大量共振的波長，每個共振提供單獨的測量，能夠準(zhǔn)確地確定多個參數(shù)。

在發(fā)表在《光電子進(jìn)展》雜志上的這項工作中，通過采用8個共振的波長漂移，同時測量了沉積在光纖上的TFBG刻寫的二氧化鈦(TiO2)薄膜的厚度和折射率。這是通過比較沉積過程中8個TFBG共振的實驗波長偏移與一系列厚度(T)和折射率(n)值的模擬偏移來實現(xiàn)的。

然后，為每個(n,T)對計算的誤差函數(shù)的最小化為沉積膜的厚度和折射率提供了解決方案。TFBG(n = 2.25，最終厚度為185 nm)獲得的最終值均在常規(guī)橢圓儀和掃描電子顯微鏡進(jìn)行驗證測量的4%以內(nèi)。

這種方法提供了一種測量在原位光纖上形成納米級介電涂層的方法，用于需要精確厚度和折射率的應(yīng)用，如光纖傳感器領(lǐng)域。此外，TFBG也可以用作在其他基底上沉積的工藝監(jiān)測器，沉積方法可以在不同形狀的基底上產(chǎn)生均勻涂層。

該技術(shù)與其他傳統(tǒng)的方法相比，這些方法需要使用共存的見證樣本，例如橢圓偏振法，或者使用一些涂層纖維進(jìn)行破壞性測量。因此，本文提出的方法可以克服這些限制，并建立一個新的標(biāo)準(zhǔn)來測量沉積在光纖上的薄膜的厚度和折射率。

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