白光干涉的相干原理早在1975年就已經(jīng)被提出，隨后于1976年在光纖通信領(lǐng)域中獲得了實(shí)現(xiàn)。1983年，BrianCulshaw的研究小組報(bào)道了白光干涉技術(shù)在光纖傳感領(lǐng)域中的應(yīng)用。隨后在1984年，報(bào)道了基于白光干涉原理的完整的位移傳感系統(tǒng)。該研究成果證明了白光干涉技術(shù)可以被用于測(cè)量能夠轉(zhuǎn)換成位移的物理參量。此后的幾年間，白光干涉應(yīng)用于溫度、壓力等的研究相繼被報(bào)道。自上世紀(jì)九十年代以來(lái)，白光干涉技術(shù)快速發(fā)展，提供了實(shí)現(xiàn)測(cè)量的更多的解決方案。近幾年以來(lái)，由于傳感器設(shè)計(jì)與研制的進(jìn)步，信號(hào)處理新方案的提出，以及傳感器的多路復(fù)用[39]等技術(shù)的發(fā)展，使得白光干涉測(cè)量技術(shù)的發(fā)展更加迅***光干涉膜厚測(cè)量技術(shù)可以通過(guò)對(duì)干涉圖像的分析實(shí)現(xiàn)對(duì)不同材料的薄膜的聯(lián)合測(cè)量和分析。靜安區(qū)原裝膜厚儀
薄膜作為改善器件性能的重要途徑，被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代光學(xué)、電子、醫(yī)療、能源、建材等技術(shù)領(lǐng)域。受薄膜制備工藝及生產(chǎn)環(huán)境影響，成品薄膜存在厚度分布不均、表面粗糙度大等問(wèn)題，導(dǎo)致其光學(xué)及物理性能達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，嚴(yán)重影響成品的性能及應(yīng)用。隨著薄膜生產(chǎn)技術(shù)的迅速發(fā)展，準(zhǔn)確測(cè)量和科學(xué)評(píng)價(jià)薄膜特性作為研究熱點(diǎn)，也引起產(chǎn)業(yè)界的高度重視。厚度作為關(guān)鍵指標(biāo)直接影響薄膜工作特性，合理監(jiān)控薄膜厚度對(duì)于及時(shí)調(diào)整生產(chǎn)工藝參數(shù)、降低加工成本、提高生產(chǎn)效率及企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力等具有重要作用和深遠(yuǎn)意義。然而，對(duì)于市場(chǎng)份額占比大的微米級(jí)工業(yè)薄膜，除要求測(cè)量系統(tǒng)不僅具有百納米級(jí)的測(cè)量精度之外，還要求具備體積小、穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，以適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的在線檢測(cè)需求。目前光學(xué)薄膜測(cè)厚方法仍無(wú)法兼顧高精度、輕小體積，以及合理的系統(tǒng)成本，而具備納米級(jí)測(cè)量分辨力的商用薄膜測(cè)厚儀器往往價(jià)格昂貴、體積較大，且無(wú)法響應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的在線測(cè)量需求。基于以上分析，本課題提出基于反射光譜原理的高精度工業(yè)薄膜厚度測(cè)量解決方案，研制小型化、低成本的薄膜厚度測(cè)量系統(tǒng)，并提出無(wú)需標(biāo)定樣品的高效穩(wěn)定的膜厚計(jì)算算法。研發(fā)的系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)微米級(jí)工業(yè)薄膜的厚度測(cè)量。 新型膜厚儀生產(chǎn)商白光干涉膜厚測(cè)量技術(shù)可以通過(guò)對(duì)干涉曲線的分析實(shí)現(xiàn)對(duì)薄膜的厚度和形貌的聯(lián)合測(cè)量和分析。
白光干涉測(cè)量技術(shù)，也被稱(chēng)為光學(xué)低相干干涉測(cè)量技術(shù)，使用的是低相干的寬譜光源，例如超輻射發(fā)光二極管、發(fā)光二極管等。同所有的光學(xué)干涉原理一樣，白光干涉同樣是通過(guò)觀察干涉圖樣的變化來(lái)分析干涉光程差的變化，進(jìn)而通過(guò)各種解調(diào)方案實(shí)現(xiàn)對(duì)待測(cè)物理量的測(cè)量。采用寬譜光源的優(yōu)點(diǎn)是由于白光光源的相干長(zhǎng)度很?。ㄒ话銥閹孜⒚椎綆资⒚字g），所有波長(zhǎng)的零級(jí)干涉條紋重合于主極大值，即中心條紋，與零光程差的位置對(duì)應(yīng)。中心零級(jí)干涉條紋的存在使測(cè)量有了一個(gè)可靠的位置的參考值，從而只用一個(gè)干涉儀即可實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)物理量的測(cè)量，克服了傳統(tǒng)干涉儀無(wú)法實(shí)現(xiàn)測(cè)量的缺點(diǎn)。同時(shí)，相比于其他測(cè)量技術(shù),白光干涉測(cè)量方法還具有對(duì)環(huán)境不敏感、抗干擾能力強(qiáng)、測(cè)量的動(dòng)態(tài)范圍大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。目前，經(jīng)過(guò)幾十年的研究與發(fā)展，白光干涉技術(shù)在膜厚、壓力、溫度、應(yīng)變、位移等等測(cè)量領(lǐng)域已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。
采用峰峰值法處理光譜數(shù)據(jù)時(shí)，被測(cè)光程差的分辨率取決于光譜儀或CCD的分辨率。我們只需獲得相鄰的兩干涉峰值處的波長(zhǎng)信息即可得出光程差，不必關(guān)心此波長(zhǎng)處的光強(qiáng)大小，從而降低數(shù)據(jù)處理的難度。也可以利用多組相鄰的干涉光譜極值對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)來(lái)分別求出光程差，然后再求平均值作為測(cè)量光程差，這樣可以提高該方法的測(cè)量精度。但是，峰峰值法存在著一些缺點(diǎn)：當(dāng)使用寬帶光源作為輸入光源時(shí)，接收光譜中不可避免地疊加有與光源同分布的背景光，從而引起峰值處波長(zhǎng)的改變，引入測(cè)量誤差。同時(shí)，當(dāng)兩干涉信號(hào)之間的光程差很小，導(dǎo)致其干涉光譜只有一個(gè)干涉峰的時(shí)候，此法便不再適用。白光干涉膜厚測(cè)量技術(shù)可以通過(guò)對(duì)干涉圖像的分析實(shí)現(xiàn)對(duì)薄膜的形貌變化的測(cè)量和分析。
光學(xué)測(cè)厚方法集光學(xué)、機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)為一體，以其光波長(zhǎng)為測(cè)量基準(zhǔn)，從原理上保證了納米級(jí)的測(cè)量精度。同時(shí)，光學(xué)測(cè)厚作為非接觸式的測(cè)量方法，被廣泛應(yīng)用于精密元件表面形貌及厚度的無(wú)損測(cè)量。其中，薄膜厚度光學(xué)測(cè)量方法按光吸收、透反射、偏振和干涉等光學(xué)原理可分為分光光度法、橢圓偏振法、干涉法等多種測(cè)量方法。不同的測(cè)量方法，其適用范圍各有側(cè)重，褒貶不一。因此結(jié)合多種測(cè)量方法的多通道式復(fù)合測(cè)量法也有研究，如橢圓偏振法和光度法結(jié)合的光譜橢偏法，彩色共焦光譜干涉和白光顯微干涉的結(jié)合法等。白光干涉膜厚測(cè)量技術(shù)可以通過(guò)對(duì)干涉曲線的分析實(shí)現(xiàn)對(duì)薄膜的厚度測(cè)量。膜厚儀定做
白光干涉膜厚測(cè)量技術(shù)可以通過(guò)對(duì)干涉圖像的分析實(shí)現(xiàn)對(duì)薄膜的形貌測(cè)量。靜安區(qū)原裝膜厚儀
目前，應(yīng)用的顯微干涉方式主要有Mirau顯微干涉和Michelson顯微干涉兩張方式。如圖2-5(a)所示Mirau型顯微干涉結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中物鏡和被測(cè)樣品之間有兩塊平板，一個(gè)是涂覆有高反射膜的平板作為參考鏡，另一塊涂覆半透半反射膜的平板作為分光棱鏡，由于參考鏡位于物鏡和被測(cè)樣品之間，從而使物鏡外殼更加緊湊，工作距離相對(duì)而言短一些，其倍率一般為10-50倍，Mirau顯微干涉物鏡參考端使用與測(cè)量端相同顯微物鏡，因此沒(méi)有額外的光程差。靜安區(qū)原裝膜厚儀