常用白光垂直掃描干涉系統(tǒng)的原理：入射的白光光束通過半反半透鏡進(jìn)入到顯微干涉物鏡后，被分光鏡分成兩部分，一個(gè)部分入射到固定參考鏡，一部分入射到樣品表面，當(dāng)參考鏡表面和樣品表面的反射光通過分光鏡后，再次匯聚發(fā)生干涉，干涉光通過透鏡后，利用電荷耦合器(CCD)可探測整個(gè)視場內(nèi)雙白光光束的干涉圖像。利用Z向精密位移臺(tái)帶動(dòng)干涉鏡頭或樣品臺(tái)Z向掃描，可獲得一系列干涉圖像。根據(jù)干涉圖像序列中對(duì)應(yīng)點(diǎn)的光強(qiáng)隨光程差變化曲線，可得該點(diǎn)的Z向相對(duì)位移；然后，由CCD圖像中每個(gè)像素點(diǎn)光強(qiáng)最大值對(duì)應(yīng)的Z向位置獲得被測樣品表面的三維形貌。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展，白光干涉膜厚儀的性能和功能將得到進(jìn)一步提高。光干涉膜厚儀出廠價(jià)
本文溫所研究的鍺膜厚度約300nm，導(dǎo)致其白光干涉輸出光譜只有一個(gè)干涉峰，此時(shí)常規(guī)基于相鄰干涉峰間距解調(diào)的方案（如峰峰值法等）將不再適用。為此，我們提出了一種基于單峰值波長移動(dòng)的白光干涉測量方案，并設(shè)計(jì)搭建了膜厚測量系統(tǒng)。溫度測量實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，峰值波長與溫度變化之間具有良好的線性關(guān)系。利用該測量方案，我們測得實(shí)驗(yàn)用鍺膜的厚度為338.8nm，實(shí)驗(yàn)誤差主要來自于溫度控制誤差和光源波長漂移。通過對(duì)納米級(jí)薄膜厚度的測量方案研究，實(shí)現(xiàn)了對(duì)鍺膜和金膜的厚度測量。本文主要的創(chuàng)新點(diǎn)是提出了白光干涉單峰值波長移動(dòng)的解調(diào)方案，并將其應(yīng)用于極短光程差的測量。光干涉膜厚儀出廠價(jià)白光干涉膜厚儀的應(yīng)用非常廣，特別是在半導(dǎo)體、光學(xué)、電子和化學(xué)等領(lǐng)域。
針對(duì)微米級(jí)工業(yè)薄膜厚度測量，開發(fā)了一種基于寬光譜干涉的反射式法測量方法，并研制了適用于工業(yè)應(yīng)用的小型薄膜厚度測量系統(tǒng)，考慮了成本、穩(wěn)定性、體積等因素要求。該系統(tǒng)結(jié)合了薄膜干涉和光譜共聚焦原理，采用波長分辨下的薄膜反射干涉光譜模型，利用經(jīng)典模態(tài)分解和非均勻傅里葉變換的思想，提出了一種基于相位功率譜分析的膜厚解算算法。該算法能夠有效利用全光譜數(shù)據(jù)準(zhǔn)確提取相位變化，抗干擾能力強(qiáng)，能夠排除環(huán)境噪聲等假頻干擾。經(jīng)過對(duì)PVC標(biāo)準(zhǔn)厚度片、PCB板芯片膜層及鍺基SiO2膜層的測量實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果表明該測厚系統(tǒng)具有1~75微米厚度的測量量程和微米級(jí)的測量不確定度，而且無需對(duì)焦，可以在10ms內(nèi)完成單次測量，滿足工業(yè)級(jí)測量需要的高效便捷的應(yīng)用要求。
由于不同性質(zhì)和形態(tài)的薄膜對(duì)測量量程和精度的需求不相同，因此多種測量方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，難以籠統(tǒng)評(píng)估。測量特點(diǎn)總結(jié)如表1-1所示，針對(duì)薄膜厚度不同，適用的測量方法分別為橢圓偏振法、分光光度法、共聚焦法和干涉法。對(duì)于小于1μm的薄膜，白光干涉輪廓儀的測量精度較低，分光光度法和橢圓偏振法較為適用；而對(duì)于小于200nm的薄膜，橢圓偏振法結(jié)果更可靠，因?yàn)橥高^率曲線缺少峰谷值。光學(xué)薄膜厚度測量方案目前主要集中于測量透明或半透明薄膜。通過使用不同的解調(diào)技術(shù)處理白光干涉的圖樣，可以得到待測薄膜厚度。本章詳細(xì)研究了白光干涉測量技術(shù)的常用解調(diào)方案、解調(diào)原理及其局限性，并得出了基于兩個(gè)相鄰干涉峰的白光干涉解調(diào)方案不適用于極短光程差測量的結(jié)論。在此基礎(chǔ)上，提出了一種基于干涉光譜單峰值波長移動(dòng)的白光干涉測量解調(diào)技術(shù)。可以配合不同的軟件進(jìn)行分析和數(shù)據(jù)處理，例如建立數(shù)據(jù)庫、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)等。
在激光慣性約束聚變（ICF）物理實(shí)驗(yàn)中，靶丸殼層折射率、厚度以及其分布參數(shù)是非常關(guān)鍵的參數(shù)。因此，實(shí)現(xiàn)對(duì)靶丸殼層折射率、厚度及其分布的精密測量對(duì)精密ICF物理實(shí)驗(yàn)研究非常重要。由于靶丸尺寸微小、結(jié)構(gòu)特殊、測量精度要求高，因此如何實(shí)現(xiàn)對(duì)靶丸殼層折射率及其厚度分布的精密測量是靶參數(shù)測量技術(shù)研究中的重要內(nèi)容。本文針對(duì)這一需求，開展了基于白光干涉技術(shù)的靶丸殼層折射率及厚度分布測量技術(shù)研究。精確測量靶丸殼層折射率、厚度及其分布是激光慣性約束聚變中至關(guān)重要的，對(duì)于ICF物理實(shí)驗(yàn)的研究至關(guān)重要。由于靶丸特殊的結(jié)構(gòu)和微小的尺寸，以及測量的高精度要求，如何實(shí)現(xiàn)靶丸殼層折射率及其厚度分布的精密測量是靶參數(shù)測量技術(shù)研究中的重要目標(biāo)。本文就此需求開展了基于白光干涉技術(shù)的靶丸殼層折射率及厚度分布測量技術(shù)的研究?？傊坠飧缮婺ず駜x是一種應(yīng)用很廣的測量薄膜厚度的儀器。微米級(jí)膜厚儀原理
Michelson干涉儀的光路長度是影響儀器精度的重要因素。光干涉膜厚儀出廠價(jià)
在對(duì)目前常用的白光干涉測量方案進(jìn)行比較研究后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)兩個(gè)干涉光束的光程差非常小導(dǎo)致干涉光譜只有一個(gè)峰時(shí)，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(dòng)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(huì)隨光程差變化而周期性地出現(xiàn)紅移和藍(lán)移，當(dāng)光程差在較小范圍內(nèi)變化時(shí)，峰值波長的移動(dòng)與光程差成正比。我們?cè)诠饫w白光干涉溫度傳感系統(tǒng)上驗(yàn)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(shí)驗(yàn)表明，鍺膜厚度為一定值，與臺(tái)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(tái)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。光干涉膜厚儀出廠價(jià)