CN117889754B - 一种二维薄膜静态位移的测量装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种二维薄膜静态位移的测量装置及方法，包括依次设于光轴方向上的线偏振激光器、半波片、偏振分束立方、四分之一波片、显微物镜和低温恒温器；线偏振激光器发射线偏振光光束至半波片，半波片调节线偏振光光束的偏振方向后线偏振光光束进入偏振分束立方，偏振分束立方将线偏振光光束中垂直分量s波反射出光路，并使得水平分量p波通过后进入四分之一波片，所述四分之一波片将水平分量p波转换为圆偏振光后进入显微物镜，显微物镜将圆偏振光的光束尺寸聚焦至亚微米级别后进入低温恒温器中；偏振分束立方连接有光功率计。优点：实现在极低温状态下无接触式地对二维薄膜的静态位移进行测量，还可用于二维薄膜材料层数的测量。
Description
技术领域
本发明涉及一种二维薄膜静态位移的测量装置及方法，属于半导体技术领域。
背景技术
由于原子级厚度的二维材料可以承受很大的应变，所以其可作为纳米机械谐振器中的振子。
由于栅极电压产生的静电力会使得二维薄膜向栅极偏移产生静态位移，通常可使用原子力显微镜来获取器件的形貌特征，但该方法中探针需要与薄膜接触，存在污染及破坏样品的可能性，并且在极低温下难以实现。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种二维薄膜静态位移的测量装置及方法，实现在极低温状态下无接触式地对二维薄膜的静态位移进行测量，还可用于二维薄膜材料层数的测量。
为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：
一方面，本发明提供一种二维薄膜静态位移的测量装置，包括依次设于光轴方向上的线偏振激光器、半波片、偏振分束立方、四分之一波片、显微物镜和低温恒温器；
所述线偏振激光器发射线偏振光光束至半波片，所述半波片调节线偏振光光束的偏振方向后线偏振光光束进入偏振分束立方，所述偏振分束立方将线偏振光光束中垂直分量s波反射出光路，并使得水平分量p波通过后进入四分之一波片，所述四分之一波片将水平分量p波转换为圆偏振光后进入显微物镜，所述显微物镜将圆偏振光的光束尺寸聚焦至亚微米级别后进入低温恒温器中；
所述偏振分束立方连接有光功率计，所述光功率计用于测量偏振分束立方反射的垂直分量s波的功率；
所述低温恒温器内部用于放置光学器件，所述光学器件悬置有可自由振动的二维薄膜，所述光学器件包括多层结构光学器件和光学腔体器件，所述多层结构光学器件用于测量二维薄膜的厚度，所述光学腔体器件用于测量二维薄膜的静态位移。
可选的，所述多层结构光学器件分为第一多层结构光学器件和第二多层结构光学器件，所述第一多层结构光学器件包括第一硅基底，所述第一硅基底上设有第一二氧化硅层，所述第二多层结构光学器件包括第二硅基底，所述第二硅基底表面蒸镀有第一金电极。
可选的，所述光学腔体器件包括第三硅基底，所述第三硅基底上设有第二二氧化硅层，所述第二二氧化硅层上开设有腔体，所述第二二氧化硅层的表面及所述腔体底部均蒸镀有第二金电极，位于所述腔体两侧的第二金电极分别作为源极、漏极与二维薄膜接触，所述腔体底部的第二金电极作为栅极，其通过导线与直流电压源连接，所述直流电压源能够向栅极施加直流电压，使得二维薄膜发生静态位移。
另一方面，本发明提供一种二维薄膜静态位移的测量方法，所述测量方法通过上述任一项所述的二维薄膜静态位移的测量装置实现。
进一步的，包括以下步骤：
测量待测二维薄膜的层数，结合已知的二维薄膜单层厚度，得到待测二维薄膜的厚度；
根据传输矩阵中的反射率计算公式得到待测二维薄膜覆盖光学腔体器件的反射率与空气层厚度之间的关系曲线以及有无待测二维薄膜覆盖的光学腔体器件的反射率比值与空气层厚度之间的关系曲线；
打开线偏振激光器，待其功率稳定后，将待测二维薄膜覆盖于光学腔体器件上，并将覆盖有二维薄膜的光学腔体器件侧放于低温恒温器内；
将光束聚焦于有待测二维薄膜覆盖的光学腔体器件上，记录光功率计的读数，移动光束，使光束聚焦于无薄膜覆盖的光学腔体器件上，记录光功率计的读数，将二者相比得到光功率计读数比值；
将光功率计读数比值代入有无待测二维薄膜覆盖的光学腔体器件的反射率比值与空气层厚度之间的关系曲线，得到用于表示腔体深度的空气层厚度；
将腔体深度代入待测二维薄膜覆盖光学腔体器件的反射率与空气层厚度之间的关系曲线，得到待测二维薄膜覆盖光学腔体器件的反射率；
调节直流电压，得到在不同直流电压下待测二维薄膜覆盖光学腔体器件的反射率；
将不同直流电压下待测二维薄膜覆盖光学腔体器件的反射率其代入待测二维薄膜覆盖光学腔体器件的反射率与空气层厚度之间的关系曲线，得到不同直流电压下所对应的空气层厚度；
发生静态位移后的待测二维薄膜与腔体底部之间的距离与腔体深度之间的差值表示为不同直流电压下的待测二维薄膜的静态位移。
进一步的，测量待测二维薄膜的层数，结合已知的二维薄膜单层厚度，得到待测二维薄膜的厚度，包括：
利用传输矩阵计算多层结构光学器件中每个界面的入射电场和出射电场之间的关系，得到反射率计算公式；
根据反射率计算公式得到有无二维薄膜覆盖的多层结构光学器件所对应的反射率比值与薄膜层数的关系曲线；
打开线偏振激光器，待其功率稳定后，将待测二维薄膜覆盖于多层结构光学器件上，并将覆盖有二维薄膜的多层结构光学器件侧放于低温恒温器内；
使光束聚焦于有待测二维薄膜覆盖的多层结构光学器件上，记录光功率计的读数，移动光束，使光束聚焦于无薄膜覆盖的多层结构光学器件上，记录光功率计的读数，将二者相比得到光功率计读数比值；
将光功率计读数比值代入有无二维薄膜覆盖的多层结构光学器件所对应的反射率比值与薄膜层数的关系曲线，得到待测二维薄膜的层数，结合已知的二维薄膜单层厚度，得到待测二维薄膜的厚度。
进一步的，利用传输矩阵计算多层结构光学器件中每个分界面的入射电场和出射电场之间的关系，得到反射率计算公式，包括：
所述多层结构光学器件的分界面有3个，其分别为空气层与二维薄膜的分界面、二维薄膜与二氧化硅/金的分界面和二氧化硅/金与硅的分界面，利用传输矩阵计算多层结构光学器件中每个分界面的入射电场和出射电场之间的关系，其表达式如下：
；
其中，E 1+为空气层与二维薄膜的分界面的上表面入射电场的复振幅，E 1-为空气层与二维薄膜的分界面的上表面反射电场的复振幅，为二氧化硅/金与硅的分界面的下表面入射电场的复振幅，矩阵/>，/>，；T i 和S i 均为中间变量，t i 表示分界面的菲涅尔反射系数，r i 表示分界面的菲涅尔透射系数，d a 表示结构层厚度；j表示虚数，i取1、2、3，i取1表示空气层与二维薄膜的分界面，i取2表示二维薄膜与二氧化硅/金的分界面，i取3表示二氧化硅/金与硅的分界面；a取1、2、3，a取1表示二维薄膜层，a取2表示二氧化硅/金层，a取3表示硅层，e j 属于波的普遍表达形式，k a 表示波矢，k a =2π/λ*n a ，n a 为各层介质的折射率，λ为光学探测中所使用的激光波长；
根据矩阵M得到反射率计算公式，其表达式如下：
；
其中，M(2,1)表示M矩阵中坐标为（2,1）的矩阵元素，M(1,1)表示M矩阵中坐标为（1,1）的矩阵元素，R为反射率。
进一步的，根据传输矩阵中的反射率计算公式得到待测二维薄膜覆盖光学腔体器件的反射率与空气层厚度之间的关系曲线以及有无待测二维薄膜覆盖的光学腔体器件的反射率比值与空气层厚度的关系曲线，包括：
通过传输矩阵中的反射率计算公式得到当待测二维薄膜覆盖于光学腔体器件上时，在不同空气层厚度下的反射率R 1，构成待测二维薄膜覆盖光学腔体器件的反射率与空气层厚度之间的关系曲线；
通过传输矩阵中的反射率计算公式得到当无二维薄膜覆盖于光学腔体器件上时，在不同空气层厚度下的反射率R 2，将R 1/R 2构成有无待测二维薄膜覆盖的光学腔体器件的反射率比值与空气层厚度的关系曲线。
进一步的，调节直流电压，得到在不同直流电压下待测二维薄膜覆盖光学腔体器件的反射率，包括：
调节直流电压，光功率计测量得在不同直流电压下待测二维薄膜覆盖光学腔体器件的反射功率；
由于入射功率不随电压变化，结合待测二维薄膜覆盖光学腔体器件的反射率，得到在不同直流电压下待测二维薄膜覆盖光学腔体器件的反射率。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：
本发明通过测量反射功率来表征二维薄膜层数，可实现薄膜层数的快速测量，可作为现有的技术中通过对比度法以及拉曼光谱等获取二维薄膜层数方法的一种补充；
本发明通过理论模拟计算与实现测量值进行对比的方法，实现了二维薄膜材料静态位移的测量，作为原子力显微镜和扫描电子显微镜的补充方式，可以在不接触薄膜以及极低温的条件下（50mK~4K）实现表征，具有很大的进步意义。
附图说明
图1为本发明的一种实施例中二维薄膜静态位移的测量装置的结构示意图；
图2为本发明的一种实施例中二维薄膜静态位移的测量装置的多层结构光学器件的结构示意图；
图3为本发明的一种实施例中二维薄膜静态位移的测量装置的光学腔体器件的结构示意图；
图4为本发明的一种实施例中二维薄膜静态位移的测量方法中多层结构光学器件的反射率和二维薄膜层数之间的关系，其中，点状线a为利用反射率计算公式计算得到的有无二维薄膜覆盖于二氧化硅基底之上时的反射率比值，点状线b为利用反射率计算公式计算得到的有无二维薄膜覆盖于金电极之上时的反射率比值，横线c为有无二维薄膜覆盖于二氧化硅层之上时的光功率计读数比值，横线d为有无二维薄膜覆盖于金电极之上时的光功率计读数比值；
图5为本发明的一种实施例中二维薄膜静态位移的测量方法中光学腔体器件的反射率与腔体深度的关系，其中，曲线a为利用反射率计算公式计算得到的有无待测二维薄膜覆盖的光学腔体器件的反射率比值与空气层厚度的关系曲线，曲线b为利用反射率计算公式计算得到的待测二维薄膜覆盖光学腔体器件的反射率与空气层厚度之间的关系曲线，虚线c为测量得到的有无二维薄膜覆盖的光学腔体器件的反射率比值，虚线d为直流电压Vdc=0 V时腔体的反射率；虚线e为直流电压Vdc= 7 V时腔体的反射率；虚线f为当直流电压Vdc=7 V时薄膜距离腔体底部的距离；虚线g为当直流电压Vdc= 0 V时薄膜距离腔体底部的距离；
图6为本发明的一种实施例中二维薄膜静态位移的测量方法中直流电压与反射功率、静态位移之间的关系，其中，点状线为直流电压7 V~-7V范围内测量得到的反射功率，曲线为计算得到的静态位移和直流电压之间的关系；
图中：1线偏振激光器、2半波片、3偏振分束立方、4四分之一波片、5显微物镜、6光功率计、7直流电压源、8低温恒温器、9光学器件。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1：如图1所示，本发明实施例提供一种二维薄膜静态位移的测量装置，包括依次设于光轴方向上的线偏振激光器1、半波片2、偏振分束立方3、四分之一波片4、显微物镜5和低温恒温器8，低温恒温器8的内部温度不高于4K。
线偏振激光器1发射线偏振光光束至半波片2，半波片2调节线偏振光光束的偏振方向，改变光束中水平分量p波和垂直分量s波的能量占比，接着线偏振光光束进入偏振分束立方3，偏振分束立方3将线偏振光光束中垂直分量s波反射出光路，并使得水平分量p波通过后进入四分之一波片，偏振分束立方3连接有光功率计6，所述光功率计6用于测量偏振分束立方3反射的垂直分量s波的功率。四分之一波片4将水平分量p波转换为圆偏振光后进入显微物镜5，显微物镜5将圆偏振光的光束尺寸聚焦至亚微米级别后进入低温恒温器8中。
低温恒温器8内部用于放置光学器件9，光学器件9悬置有可自由振动的二维薄膜，悬置有二维薄膜的光学器件9侧放于低温恒温器8内。
光学器件9包括多层结构光学器件和光学腔体器件，多层结构光学器件用于测量二维薄膜的厚度，光学腔体器件用于测量二维薄膜的静态位移。
如图2所示，多层结构光学器件分为第一多层结构光学器件和第二多层结构光学器件，第一多层结构光学器件包括第一硅基底，第一硅基底上设有第一二氧化硅层。第二多层结构光学器件包括第二硅基底，第二硅基底表面蒸镀有第一金电极。第一多层结构光学器件和第二多层结构光学器件可择一作为测量二维薄膜厚度的光学器件。
如图3所示，光学腔体器件包括第三硅基底，第三硅基底上设有第二二氧化硅层，第二二氧化硅层上开设有腔体，第二二氧化硅层的表面及所述腔体底部均蒸镀有第二金电极，位于腔体两侧的第二金电极分别作为源极、漏极与二维薄膜接触，腔体底部的第二金电极作为栅极，其通过导线与直流电压源7连接，所述直流电压源7能够向栅极施加直流电压，在直流电源施加直流偏压V dc 时，由于电容效应，在薄膜与基极之间存储的电势能U es 可表示为：
；
其中，C g 为薄膜与栅极之间的电容，此时薄膜与栅极之间的静电力可表示为：
；
其中，，z为薄膜与栅极之间的距离。由于此静电力的作用，薄膜会向栅极偏移，形成静态位移。
实施例2：在实施例1的基础上，本实施例提供一种二维薄膜静态位移的测量方法，可以在极低温（50mK~4K）情况下进行二维薄膜静态位移的测量，在本实施例中，所测量的二维薄膜的单层厚度为0.34nm。
测量方法包括以下步骤：
首先，测量待测二维薄膜的层数，具体的：
如图2所示，利用传输矩阵计算多层结构光学器件中每个分界面的入射电场和出射电场之间的关系，其表达式如下：
；
其中，E 1+为空气层与二维薄膜的分界面的上表面入射电场的复振幅，E 1-为空气层与二维薄膜的分界面的上表面反射电场的复振幅，为二氧化硅/金与硅的分界面的下表面入射电场的复振幅，矩阵/>，/>，；T i 和S i 均为中间变量，t i 表示分界面的菲涅尔反射系数，r i 表示分界面的菲涅尔透射系数，d a 表示结构层厚度；j表示虚数，i取1、2、3，i取1表示空气层与二维薄膜的分界面，i取2表示二维薄膜与二氧化硅/金的分界面，i取3表示二氧化硅/金与硅的分界面；a取1、2、3，a取1表示二维薄膜层，a取2表示二氧化硅/金层，a取3表示硅层，e j 属于波的普遍表达形式，k a 表示波矢，k a =2π/λ*n a ，n a 为各层介质的折射率，λ为光学探测中所使用的激光波长；
根据矩阵M得到反射率计算公式，其表达式如下：
；
其中，M(2,1)表示M矩阵中坐标为（2,1）的矩阵元素，M(1,1)表示M矩阵中坐标为（1,1）的矩阵元素，R为反射率。
根据反射率计算公式得到有无薄膜覆盖的多层结构光学器件所对应的反射率比值与薄膜层数的关系曲线，如图4中的点状线所示，点状线a为采用第二多层结构光学器件得到的关系曲线，点状线b为采用第一多层结构光学器件得到的关系曲线。
打开线偏振激光器1，待其功率稳定后，将待测二维薄膜覆盖于多层结构光学器件上，并将其侧放于低温恒温器8内。
将光束聚焦于有待测二维薄膜覆盖的多层结构光学器件上，记录下光功率计的读数，设为P 1，移动光束，使光束聚焦于无薄膜覆盖的多层结构光学器件上，记录光功率计的读数，设为P 2，由于入射功率不变，P 1 /P 2即为测量得到的有无待测二维薄膜覆盖的多层结构光学器件的反射率比值，如图4中的横线所示，横线c为采用第二多层结构光学器件得到的反射功率比值，约为0.93，横线d为采用第一多层结构光学器件得到的反射功率比值，约为0.5。
将P 1/P 2代入有无二维薄膜覆盖的多层结构光学器件所对应的反射率比值与薄膜层数的关系曲线，即可得到待测二维薄膜的层数为8层，由于已知二维薄膜的单层厚度为0.34nm，经过换算即可获得待测二维薄膜的厚度。
其次，测量不同直流电压下二维薄膜的静态位移，具体的：
根据传输矩阵中的反射率计算公式得到待测二维薄膜覆盖于光学腔体器件上在不同空气层厚度时的反射率R 1，构成待测二维薄膜覆盖光学腔体器件的反射率与空气层厚度之间的关系曲线，如图5中曲线b所示。再根据传输矩阵中的反射率计算公式得到无薄膜覆盖于光学腔体器件上在不同空气层厚度时的反射率R 2，将两者相比R 1 / R 2，即构成有无待测二维薄膜覆盖的光学腔体器件的反射率比值与空气层厚度的关系曲线，如图5中曲线a所示。
打开线偏振激光器1，待其功率稳定后，将待测二维薄膜覆盖于光学腔体器件上，并将其侧放于低温恒温器8内。
将光束聚焦于有待测二维薄膜覆盖的光学腔体器件上，记录光功率计的读数移动光束，使光束聚焦于无薄膜覆盖的光学腔体器件上，记录光功率计的读数，将二者相比得到光功率计读数比值，其含义为在某一未知空气层厚度下测量得到的有无待测二维薄膜覆盖于光学腔体器件上的反射率比值，记为R 1，如图5中的虚线c所示。
将R 1代入曲线a，可得R 1所对应的空气层厚度，如图5中的虚线g所示，此时的直流电压为0V，所以此时的空气层厚度即为腔体深度，其约为217nm。
将腔体深度代入曲线b，可得待测二维薄膜覆盖于光学腔体器件上的反射率约为0.764，如图5中的虚线d所示。
改变直流电压，通过光功率计6测量在不同直流电压下的有待测二维薄膜覆盖的光学腔体器件的反射功率，由于入射功率不随电压变化，结合直流电压为0V时的反射率，即可得到在不同直流电压下的有待测二维薄膜覆盖的光学腔体器件的反射率。
以Vdc= 7 V为例，其反射率约为0.7，如图5中的虚线e所示，将其代入曲线b，可以得到对应的空气层厚度为198nm，如图5中的虚线f所示，即为发生静态位移后的待测二维薄膜与腔体底部之间的距离。
将发生静态位移后的待测二维薄膜与腔体底部之间的距离与腔体深度之间的差值即为静态位移。
如图6中的点状线所示，用上述方法可以得到在-7 V ~ 7 V范围内不同直流电压处的静态位移。
为了进一步验证利用器件的反射功率来计算静态位移的可行性，可计算不同直流电压下薄膜中心处的静态位移（附图6曲线）。计算所使用的内置应变2.5×10−5，器件半径1.55 μm，薄膜与基极之间的距离217 nm，杨氏模量1012 GPa，泊松比0.165。当直流电压Vdc=0 V时，薄膜的内置拉力σ 0与内置应变ϵ 0的关系为：
；
其中E为弹性模量，ν为泊松比，t为薄膜的厚度。通过下式，可进一步得到薄膜在不同直流电压作用下受到的拉力σ的数值解：
；
其中R为光学腔体半径，d为薄膜与基底之间距离，ε 0为真空介电常数。根据上式中求得的拉力σ，可以得到直流电压V dc与薄膜中心处的静态变形之间的关系为：
；
如图6所示，本实施例方法的点状线与计算得到的曲线基本相近，从而可以很好地验证了利用器件的反射功率来计算静态位移的可行性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种二维薄膜静态位移的测量装置，其特征在于，包括依次设于光轴方向上的线偏振激光器、半波片、偏振分束立方、四分之一波片、显微物镜和低温恒温器；
所述线偏振激光器发射线偏振光光束至半波片，所述半波片调节线偏振光光束的偏振方向后线偏振光光束进入偏振分束立方，所述偏振分束立方将线偏振光光束中垂直分量s波反射出光路，并使得水平分量p波通过后进入四分之一波片，所述四分之一波片将水平分量p波转换为圆偏振光后进入显微物镜，所述显微物镜将圆偏振光的光束尺寸聚焦至亚微米级别后进入低温恒温器中；
所述偏振分束立方连接有光功率计，所述光功率计用于测量偏振分束立方反射的垂直分量s波的功率；
所述低温恒温器内部用于放置光学器件，所述光学器件悬置有可自由振动的二维薄膜，所述光学器件包括多层结构光学器件和光学腔体器件，所述多层结构光学器件用于测量二维薄膜的厚度，所述光学腔体器件用于测量二维薄膜的静态位移；
所述多层结构光学器件分为第一多层结构光学器件和第二多层结构光学器件，所述第一多层结构光学器件包括第一硅基底，所述第一硅基底上设有第一二氧化硅层，所述第二多层结构光学器件包括第二硅基底，所述第二硅基底表面蒸镀有第一金电极；
所述光学腔体器件包括第三硅基底，所述第三硅基底上设有第二二氧化硅层，所述第二二氧化硅层上开设有腔体，所述第二二氧化硅层的表面及所述腔体底部均蒸镀有第二金电极，位于所述腔体两侧的第二金电极分别作为源极、漏极与二维薄膜接触，所述腔体底部的第二金电极作为栅极，其通过导线与直流电压源连接，所述直流电压源能够向栅极施加直流电压，使得二维薄膜发生静态位移。
2.一种二维薄膜静态位移的测量方法，其特征在于，所述测量方法通过权利要求1所述的二维薄膜静态位移的测量装置实现。
3.根据权利要求2所述的二维薄膜静态位移的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
测量待测二维薄膜的层数，结合已知的二维薄膜单层厚度，得到待测二维薄膜的厚度；
根据传输矩阵中的反射率计算公式得到待测二维薄膜覆盖光学腔体器件的反射率与空气层厚度之间的关系曲线以及有无待测二维薄膜覆盖的光学腔体器件的反射率比值与空气层厚度之间的关系曲线；
打开线偏振激光器，待其功率稳定后，将待测二维薄膜覆盖于光学腔体器件上，并将覆盖有二维薄膜的光学腔体器件侧放于低温恒温器内；
将光束聚焦于有待测二维薄膜覆盖的光学腔体器件上，记录光功率计的读数，移动光束，使光束聚焦于无薄膜覆盖的光学腔体器件上，记录光功率计的读数，将二者相比得到光功率计读数比值；
将光功率计读数比值代入有无待测二维薄膜覆盖的光学腔体器件的反射率比值与空气层厚度之间的关系曲线，得到用于表示腔体深度的空气层厚度；
将腔体深度代入待测二维薄膜覆盖光学腔体器件的反射率与空气层厚度之间的关系曲线，得到待测二维薄膜覆盖光学腔体器件的反射率；
调节直流电压，得到在不同直流电压下待测二维薄膜覆盖光学腔体器件的反射率；
将不同直流电压下待测二维薄膜覆盖光学腔体器件的反射率其代入待测二维薄膜覆盖光学腔体器件的反射率与空气层厚度之间的关系曲线，得到不同直流电压下所对应的空气层厚度；
发生静态位移后的待测二维薄膜与腔体底部之间的距离与腔体深度之间的差值表示为不同直流电压下的待测二维薄膜的静态位移。
4.根据权利要求3所述的二维薄膜静态位移的测量方法，其特征在于，测量待测二维薄膜的层数，结合已知的二维薄膜单层厚度，得到待测二维薄膜的厚度，包括：
利用传输矩阵计算多层结构光学器件中每个界面的入射电场和出射电场之间的关系，得到反射率计算公式；
根据反射率计算公式得到有无二维薄膜覆盖的多层结构光学器件所对应的反射率比值与薄膜层数的关系曲线；
打开线偏振激光器，待其功率稳定后，将待测二维薄膜覆盖于多层结构光学器件上，并将覆盖有二维薄膜的多层结构光学器件侧放于低温恒温器内；
使光束聚焦于有待测二维薄膜覆盖的多层结构光学器件上，记录光功率计的读数，移动光束，使光束聚焦于无薄膜覆盖的多层结构光学器件上，记录光功率计的读数，将二者相比得到光功率计读数比值；
将光功率计读数比值代入有无二维薄膜覆盖的多层结构光学器件所对应的反射率比值与薄膜层数的关系曲线，得到待测二维薄膜的层数，结合已知的二维薄膜单层厚度，得到待测二维薄膜的厚度。
5.根据权利要求4所述的二维薄膜静态位移的测量方法，其特征在于，利用传输矩阵计算多层结构光学器件中每个分界面的入射电场和出射电场之间的关系，得到反射率计算公式，包括：
所述多层结构光学器件的分界面有3个，其分别为空气层与二维薄膜的分界面、二维薄膜与二氧化硅/金的分界面和二氧化硅/金与硅的分界面，利用传输矩阵计算多层结构光学器件中每个分界面的入射电场和出射电场之间的关系，其表达式如下：
；
其中， E 1+为空气层与二维薄膜的分界面的上表面入射电场的复振幅，E 1-为空气层与二维薄膜的分界面的上表面反射电场的复振幅，为二氧化硅/金与硅的分界面的下表面入射电场的复振幅，矩阵/>，/>，；T i 和S i 均为中间变量，t i 表示分界面的菲涅尔反射系数，r i 表示分界面的菲涅尔透射系数，d a 表示结构层厚度；j表示虚数，i取1、2、3，i取1表示空气层与二维薄膜的分界面，i取2表示二维薄膜与二氧化硅/金的分界面，i取3表示二氧化硅/金与硅的分界面；a取1、2、3，a取1表示二维薄膜层，a取2表示二氧化硅/金层，a取3表示硅层，e j 属于波的普遍表达形式，k a 表示波矢，k a =2π/λ* n a ，n a 为各层介质的折射率，λ为光学探测中所使用的激光波长；
根据矩阵M得到反射率计算公式，其表达式如下：
；
其中，M(2,1)表示M矩阵中坐标为（2,1）的矩阵元素，M(1,1)表示M矩阵中坐标为（1,1）的矩阵元素，R为反射率。
6.根据权利要求3所述的二维薄膜静态位移的测量方法，其特征在于，根据传输矩阵中的反射率计算公式得到待测二维薄膜覆盖光学腔体器件的反射率与空气层厚度之间的关系曲线以及有无待测二维薄膜覆盖的光学腔体器件的反射率比值与空气层厚度的关系曲线，包括：
通过传输矩阵中的反射率计算公式得到当待测二维薄膜覆盖于光学腔体器件上时，在不同空气层厚度下的反射率R 1，构成待测二维薄膜覆盖光学腔体器件的反射率与空气层厚度之间的关系曲线；
通过传输矩阵中的反射率计算公式得到当无二维薄膜覆盖于光学腔体器件上时，在不同空气层厚度下的反射率R 2，将R 1/ R 2构成有无待测二维薄膜覆盖的光学腔体器件的反射率比值与空气层厚度的关系曲线。
7.根据权利要求3所述的二维薄膜静态位移的测量方法，其特征在于，调节直流电压，得到在不同直流电压下待测二维薄膜覆盖光学腔体器件的反射率，包括：
调节直流电压，光功率计测量得在不同直流电压下待测二维薄膜覆盖光学腔体器件的反射功率；
由于入射功率不随电压变化，结合待测二维薄膜覆盖光学腔体器件的反射率，得到在不同直流电压下待测二维薄膜覆盖光学腔体器件的反射率。
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