白光干涉法和激光光源相比具有短相干長度的特點，使得兩束光只有在光程差非常小的情況下才能發(fā)生干涉，因此不會產(chǎn)生干擾條紋。同時，白光干涉產(chǎn)生的干涉條紋具有明顯的零光程差位置，避免了干涉級次不確定的問題。本文基于白光干涉原理對單層透明薄膜厚度測量進行了研究，特別是對厚度小于光源相干長度的薄膜進行了探究。文章首先詳細闡述了白光干涉原理和薄膜測厚原理，然后在金相顯微鏡的基礎(chǔ)上構(gòu)建了一種型垂直白光掃描系統(tǒng)，作為實驗中測試薄膜厚度的儀器，并利用白光干涉原理對位移量進行了標(biāo)定。 白光干涉膜厚測量技術(shù)可以實現(xiàn)對薄膜表面形貌的測量。白光干涉膜厚儀檢測
用峰峰值法處理光譜數(shù)據(jù)時，被測光程差的分辨率取決于光譜儀或CCD的分辨率。我們只需要獲取相鄰的兩個干涉峰值處的波長信息，即可確定光程差，不必關(guān)心此波長處的光強大小，從而降低了數(shù)據(jù)處理難度。此外，也可以利用多組相鄰干涉光譜極值對應(yīng)的波長分別求出光程差，然后再求平均值作為測量結(jié)果，以提高該方法的測量精度。但是，峰峰值法存在著一些缺點：當(dāng)使用寬帶光源時，不可避免地會有與光源同分布的背景光疊加在接收光譜中，從而引起峰值處波長的改變，從而引入測量誤差。同時，當(dāng)兩干涉信號之間的光程差很小，導(dǎo)致其干涉光譜只有一個干涉峰時，此法便不再適用。微米級膜厚儀測厚度白光干涉膜厚測量技術(shù)可以應(yīng)用于不同材料的薄膜的研究和制造中。
在對目前常用的白光干涉測量方案進行比較研究后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)兩個干涉光束的光程差非常小導(dǎo)致干涉光譜只有一個峰時，基于相鄰干涉峰間距的解調(diào)方案不再適用。因此，我們提出了一種基于干涉光譜單峰值波長移動的測量方案，適用于極小光程差。這種方案利用干涉光譜的峰值波長會隨光程差變化而周期性地出現(xiàn)紅移和藍移，當(dāng)光程差在較小范圍內(nèi)變化時，峰值波長的移動與光程差成正比。我們在光纖白光干涉溫度傳感系統(tǒng)上驗證了這一測量方案，并成功測量出光纖端面半導(dǎo)體鍺薄膜的厚度。實驗表明，鍺膜厚度為一定值，與臺階儀測量結(jié)果存在差異是由于薄膜表面本身并不光滑，臺階儀的測量結(jié)果只能作為參考值。誤差主要來自光源的波長漂移和溫度誤差。
傅里葉變換是白光頻域解調(diào)方法中一種低精度的信號解調(diào)方法。早是由G.F.Fernando和T.Liu等人提出，用于低精度光纖法布里-珀羅傳感器的解調(diào)。因此，該解調(diào)方案的原理是通過傅里葉變換得到頻域的峰值頻率從而獲得光程差，進而得到待測物理量的信息。傅里葉變換解調(diào)方案的優(yōu)點是解調(diào)速度較快，受干擾信號的影響較小。但是其測量精度較低。根據(jù)數(shù)字信號處理FFT（快速傅里葉變換）理論，若輸入光源波長范圍為λ1,λ2，則所測光程差的理論小分辨率為λ1λ2/(λ2?λ1)，所以此方法主要應(yīng)用于對解調(diào)精度要求不高的場合。傅里葉變換白光干涉法是對傅里葉變換法的改進。該方法總結(jié)起來就是對采集到的光譜信號做傅里葉變換，然后濾波、提取主頻信號后進行逆傅里葉變換，然后做對數(shù)運算，并取其虛部做相位反包裹運算，由獲得的相位得到干涉儀的光程差。該方法經(jīng)過實驗證明其測量精度比傅里葉變換高。隨著技術(shù)的不斷進步和應(yīng)用領(lǐng)域的拓展，其性能和功能會得到提高和擴展。
極值法求解過程計算簡單，速度快，同時能確定薄膜的多個光學(xué)常數(shù)并解決多值性問題，測試范圍廣，但沒有考慮薄膜均勻性和基底色散的因素，因此精度不夠高。此外，由于受曲線擬合精度的限制，該方法對膜厚的測量范圍有要求，通常用于測量薄膜厚度大于200納米且小于10微米的情況，以確保光譜信號中的干涉波峰數(shù)適當(dāng)。全光譜擬合法是基于客觀條件或基本常識來設(shè)置每個擬合參數(shù)上限、下限，并為該區(qū)域的薄膜生成一組或多組光學(xué)參數(shù)及厚度的初始值，引入適合的色散模型，再通過麥克斯韋方程組的推導(dǎo)得到結(jié)果。該方法能判斷預(yù)設(shè)的初始值是否為要測量的薄膜參數(shù)，建立評價函數(shù)來計算透過率/反射率與實際值之間的偏差。只有當(dāng)計算出的透過率/反射率與實際值之間的偏差很小時，我們才能認為預(yù)設(shè)的初始值就是要測量的薄膜參數(shù)。白光干涉膜厚測量技術(shù)可以實現(xiàn)對薄膜的快速測量和分析。高速膜厚儀貨真價實
白光干涉膜厚測量技術(shù)可以對薄膜的厚度、反射率、折射率等光學(xué)參數(shù)進行測量。白光干涉膜厚儀檢測
對同一靶丸的相同位置進行白光垂直掃描干涉實驗，如圖4-3所示。通過控制光學(xué)輪廓儀的運動機構(gòu)帶動干涉物鏡在垂直方向上移動，測量光線穿過靶丸后反射到參考鏡與到達基底后直接反射回參考鏡的光線之間的光程差。顯然，越偏離靶丸中心的光線測得的有效壁厚越大，其光程差也越大，但這并不表示靶丸殼層的厚度。只有當(dāng)垂直穿過靶丸中心的光線測得的光程差才對應(yīng)于靶丸的上、下殼層的厚度。因此，在進行白光垂直掃描干涉實驗時，需要選擇穿過靶丸中心的光線位置進行測量，這樣才能準(zhǔn)確地測量靶丸殼層的厚度。此外，通過控制干涉物鏡在垂直方向上移動，可以測量出不同位置的厚度值，從而得到靶丸殼層厚度的空間分布情況。白光干涉膜厚儀檢測