白光干涉時域解調(diào)方案需要借助機械掃描部件帶動干涉儀的反射鏡移動，補償光程差，實現(xiàn)對信號的解調(diào)。光纖白光干涉儀的兩輸出臂分別作為參考臂和測量臂，作用是將待測的物理量轉(zhuǎn)換為干涉儀兩臂的光程差變化。測量臂因待測物理量而增加了一個未知的光程，參考臂則通過移動反射鏡來實現(xiàn)對測量臂引入的光程差的補償。當干涉儀兩臂光程差ΔL=0時，即兩干涉光束為等光程的時候，出現(xiàn)干涉極大值，可以觀察到中心零級干涉條紋，而這一現(xiàn)象與外界的干擾因素無關(guān)，因而可據(jù)此得到待測物理量的值。干擾輸出信號強度的因素包括：入射光功率、光纖的傳輸損耗、各端面的反射等。外界環(huán)境的擾動會影響輸出信號的強度，但是對零級干涉條紋的位置不會產(chǎn)生影響。隨著技術(shù)的進步和應(yīng)用領(lǐng)域的拓展，白光干涉膜厚儀的性能和功能將不斷提高和擴展 。測量膜厚儀的精度
光纖白光干涉此次實驗所設(shè)計的解調(diào)系統(tǒng)是通過檢測干涉峰值的中心波長的移動實現(xiàn)的，所以光源中心波長的穩(wěn)定性將對實驗結(jié)果產(chǎn)生很大的影響。實驗中我們所選用的光源是由INPHENIX公司生產(chǎn)的SLED光源，相對于一般的寬帶光源具有輸出功率高、覆蓋光譜范圍寬等特點。該光源采用+5V的直流供電，標定中心波長為1550nm，且其輸出功率在一定范圍內(nèi)是可調(diào)的，驅(qū)動電流可以達到600mA。測量使用的是寬譜光源。光源的輸出光功率和中心波長的穩(wěn)定性是光源選取時需要重點考慮的參數(shù)。小型膜厚儀按需定制當光路長度增加，儀器的分辨率越高，也越容易受到靜態(tài)振動等干擾因素的影響，需采取一些減小噪聲的措施。
薄膜作為一種特殊的微結(jié)構(gòu) ，近年來在電子學 、摩擦學、現(xiàn)代光學得到了廣泛的應(yīng)用，薄膜的測試技術(shù)變得越來越重要。尤其是在厚度這一特定方向上，尺寸很小，基本上都是微觀可測量。因此，在微納測量領(lǐng)域中，薄膜厚度的測試是一個非常重要而且很實用的研究方向。在工業(yè)生產(chǎn)中，薄膜的厚度直接關(guān)系到薄膜能否正常工作。在半導體工業(yè)中，膜厚的測量是硅單晶體表面熱氧化厚度以及平整度質(zhì)量控制的重要手段。薄膜的厚度影響薄膜的電磁性能、力學性能和光學性能等，所以準確地測量薄膜的厚度成為一種關(guān)鍵技術(shù)。
光具有傳播的特性，不同波列在相遇的區(qū)域，振動將相互疊加，是各列光波獨自在該點所引起的振動矢量和。兩束光要發(fā)生干涉，應(yīng)必須滿足三個相干條件，即：頻率一致、振動方向一致、相位差恒定。發(fā)生干涉的兩束光在一些地方振動加強，而在另一些地方振動減弱，產(chǎn)生規(guī)則的明暗交替變化。任何干涉測量都是完全建立在這種光波典型特性上的。下圖分別表示干涉相長和干涉相消的合振幅。與激光光源相比，白光光源的相干長度在幾微米到幾十微米內(nèi)，通常都很短，更為重要的是，白光光源產(chǎn)生的干涉條紋具有一個典型的特征：即條紋有一個固定不變的位置，該固定位置對應(yīng)于光程差為零的平衡位置，并在該位置白光輸出光強度具有最大值，并通過探測該光強最大值，可實現(xiàn)樣品表面位移的精密測量。此外，白光光源具有系統(tǒng)抗干擾能力強、穩(wěn)定性好且動態(tài)范圍大、結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉等優(yōu)點。因此，白光垂直掃描干涉、白光反射光譜等基于白光干涉的光學測量技術(shù)在薄膜三維形貌測量、薄膜厚度精密測量等領(lǐng)域得以廣泛應(yīng)用。操作之前需要專 業(yè)技能和經(jīng)驗的培訓和實踐。
根據(jù)以上分析可知 ，白光干涉時域解調(diào)方案的優(yōu)點是：①能夠?qū)崿F(xiàn)測量；②抗干擾能力強，系統(tǒng)的分辨率與光源輸出功率的波動，光源的波長漂移以及外界環(huán)境對光纖的擾動等因素無關(guān)；③測量精度與零級干涉條紋的確定精度以及反射鏡的精度有關(guān)；④結(jié)構(gòu)簡單，成本較低。但是，時域解調(diào)方法需要借助掃描部件移動干涉儀一端的反射鏡來進行相位補償，所以掃描裝置的分辨率將影響系統(tǒng)的精度。采用這種解調(diào)方案的測量分辨率一般是幾個微米，達到亞微米的分辨率，主要受機械掃描部件的分辨率和穩(wěn)定性限制。文獻[46]所報道的位移掃描的分辨率可以達到0.54μm。當所測光程差較小時，F(xiàn)-P腔前后表面干涉峰值相距很近，難以區(qū)分，此時時域解調(diào)方案的應(yīng)用受到限制。工作原理是基于膜層與底材反射率及相位差，通過測量反射光的干涉來計算膜層厚度。膜厚儀測厚度
總的來說，白光干涉膜厚儀是一種應(yīng)用很廣的測量薄膜厚度的儀器。測量膜厚儀的精度
由于不同性質(zhì)和形態(tài)的薄膜對系統(tǒng)的測量量程和精度的需求不盡相同，因而多種測量方法各有優(yōu)缺，難以一概而論。按照薄膜厚度的增加，適用的測量方式分別為橢圓偏振法、分光光度法、共聚焦法和干涉法。對于小于1μm的較薄薄膜，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適合。而對于小于200nm的薄膜，由于透過率曲線缺少峰谷值，橢圓偏振法結(jié)果更可靠。基于白光干涉原理的光學薄膜厚度測量方案目前主要集中于測量透明或者半透明薄膜，通過使用不同的解調(diào)技術(shù)處理白光干涉的圖樣，得到待測薄膜厚度。本章在詳細研究白光干涉測量技術(shù)的常用解調(diào)方案、解調(diào)原理及其局限性的基礎(chǔ)上，分析得到了常用的基于兩個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，我們提出了基于干涉光譜單峰值波長移動的白光干涉測量解調(diào)技術(shù)。測量膜厚儀的精度