基于白光干涉光譜單峰值波長移動(dòng)的鍺膜厚度測(cè)量方案研究：在對(duì)比研究目前常用的白光干涉測(cè)量方案的基礎(chǔ)上，我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)兩干涉光束的光程差非常小導(dǎo)致其干涉光譜只有一個(gè)干涉峰時(shí)，常用的基于兩相鄰干涉峰間距的解調(diào)方案不再適用。為此，我們提出了適用于極小光程差的基于干涉光譜單峰值波長移動(dòng)的測(cè)量方案。干涉光譜的峰值波長會(huì)隨著光程差的增大出現(xiàn)周期性的紅移和藍(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。根據(jù)這一原理，搭建了光纖白光干涉溫度傳感系統(tǒng)對(duì)這一測(cè)量解調(diào)方案進(jìn)行驗(yàn)證，得到了光纖端面半導(dǎo)體鍺薄膜的厚度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示鍺膜的厚度為，與臺(tái)階儀測(cè)量結(jié)果存在，這是因?yàn)楸∧け砻姹旧聿⒉还饣?，臺(tái)階儀的測(cè)量結(jié)果只能作為參考值。鍺膜厚度測(cè)量誤差主要來自光源的波長漂移和溫度控制誤差。白光干涉膜厚測(cè)量技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)薄膜的在線檢測(cè)和控制。黃岡國內(nèi)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，且無法響應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的在線測(cè)量需求?；谝陨戏治?，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。 漳州膜厚儀產(chǎn)品原理白光干涉膜厚測(cè)量技術(shù)可以對(duì)薄膜的厚度和形貌進(jìn)行聯(lián)合測(cè)量和分析。
論文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(cè)量方案，并設(shè)計(jì)搭建了膜厚測(cè)量系統(tǒng)。溫度測(cè)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(cè)量方案，我們測(cè)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。論文通過對(duì)納米級(jí)薄膜厚度的測(cè)量方案研究，實(shí)現(xiàn)了對(duì)鍺膜和金膜的厚度測(cè)量。論文主要的創(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(cè)量。
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，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，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)可以應(yīng)用于光學(xué)傳感器中的薄膜厚度測(cè)量。
白光掃描干涉法采用白光為光源，壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)參考鏡進(jìn)行掃描，干涉條紋掃過被測(cè)面，通過感知相干峰位置來獲得表面形貌信息。測(cè)量原理圖如圖1-5所示。而對(duì)于薄膜的測(cè)量，上下表面形貌、粗糙度、厚度等信息能通過一次測(cè)量得到，但是由于薄膜上下表面的反射，會(huì)使提取出來的白光干涉信號(hào)出現(xiàn)雙峰形式，變得更復(fù)雜。另外，由于白光掃描法需要掃描過程，因此測(cè)量時(shí)間較長而且易受外界干擾?；趫D像分割技術(shù)的薄膜結(jié)構(gòu)測(cè)試方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)雙峰干涉信號(hào)的自動(dòng)分離，實(shí)現(xiàn)了薄膜厚度的測(cè)量。白光干涉膜厚測(cè)量技術(shù)可以應(yīng)用于不同材料的薄膜的研究和制造中。佛山膜厚儀價(jià)格
白光干涉膜厚測(cè)量技術(shù)的研究需要對(duì)光學(xué)理論和光學(xué)儀器有較深入的了解。黃岡國內(nèi)膜厚儀
確定靶丸折射率及厚度的算法，由于干涉光譜信號(hào)與膜的光參量直接相關(guān)，這里主要考慮光譜分析的方法根據(jù)測(cè)量膜的反射或透射光譜進(jìn)行分析計(jì)算，可獲得膜的厚度、折射率等參數(shù)。根據(jù)光譜信號(hào)分析計(jì)算膜折射率及厚度的方法主要有極值法和包絡(luò)法、全光譜擬合法。極值法測(cè)量膜厚度主要是根據(jù)薄膜反射或透射光譜曲線上的波峰的位置來計(jì)算，對(duì)于弱色散介質(zhì)，折射率為恒定值，根據(jù)兩個(gè)或兩個(gè)以上的極大值點(diǎn)的位置，求得膜的光學(xué)厚度，若已知膜折射率即可求解膜的厚度；對(duì)于強(qiáng)色散介質(zhì)，首先利用極值點(diǎn)求出膜厚度的初始值。薄膜厚度是一恒定不變值，可根據(jù)極大值點(diǎn)位置的光學(xué)厚度關(guān)系式獲得入射波長和折射率的對(duì)應(yīng)關(guān)系，再依據(jù)薄膜材質(zhì)的色散特性，引入合適的色散模型，常用的色散模型有cauchy模型、Selimeier模型、Lorenz模型等，利用折射率與入射波長的關(guān)系式，通過二乘法擬合得到色散模型的系數(shù)，即可解得任意入射波長下的折射率。黃岡國內(nèi)膜厚儀