光干涉膜厚儀檢測(cè)

白光干涉法和激光光源相比具有短相干長(zhǎng)度的特點(diǎn)，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(huì)產(chǎn)生干擾條紋。同時(shí)，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(jí)次不確定的問(wèn)題。本文基于白光干涉原理對(duì)單層透明薄膜厚度測(cè)量進(jìn)行了研究，特別是對(duì)厚度小于光源相干長(zhǎng)度的薄膜進(jìn)行了探究。文章首先詳細(xì)闡述了白光干涉原理和薄膜測(cè)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(shí)驗(yàn)中測(cè)試薄膜厚度的儀器，并利用白光干涉原理對(duì)位移量進(jìn)行了標(biāo)定。 膜厚儀的干涉測(cè)量能力較高，可以提供精確和可信的膜層厚度測(cè)量結(jié)果。光干涉膜厚儀檢測(cè)

在初始相位為零的情況下，當(dāng)被測(cè)光與參考光之間的光程差為零時(shí)，光強(qiáng)度將達(dá)到最大值。為探測(cè)兩個(gè)光束之間的零光程差位置，需要精密Z軸向運(yùn)動(dòng)臺(tái)帶動(dòng)干涉鏡頭作垂直掃描運(yùn)動(dòng)或移動(dòng)載物臺(tái)，垂直掃描過(guò)程中，用探測(cè)器記錄下干涉光強(qiáng)，可得白光干涉信號(hào)強(qiáng)度與Z向掃描位置（兩光束光程差）之間的變化曲線。干涉圖像序列中某波長(zhǎng)處的白光信號(hào)強(qiáng)度隨光程差變化示意圖，曲線中光強(qiáng)極大值位置即為零光程差位置，通過(guò)零過(guò)程差位置的精密定位，即可實(shí)現(xiàn)樣品表面相對(duì)位移的精密測(cè)量；通過(guò)確定最大值對(duì)應(yīng)的Z向位置可獲得被測(cè)樣品表面的三維高度。光干涉膜厚儀檢測(cè)精度高的白光干涉膜厚儀通常采用Michelson干涉儀的結(jié)構(gòu)。

折射率分別為1．45和1．62的2塊玻璃板，使其一端相接觸，形成67的尖劈．將波長(zhǎng)為550nm的單色光垂直投射在劈上，并在上方觀察劈的干涉條紋，試求條紋間距。

我們可以分2種可能的情況來(lái)討論：

一般玻璃的厚度可估計(jì)為1mm的量級(jí)，這個(gè)量級(jí)相對(duì)于光的波長(zhǎng)550nm而言，應(yīng)該算是膜厚e遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于波長(zhǎng)^的厚玻璃了，所以光線通過(guò)上玻璃板時(shí)應(yīng)該無(wú)干涉現(xiàn)象，同理光線通過(guò)下玻璃板時(shí)也無(wú)干涉現(xiàn)象．空氣膜厚度因劈角很小而很薄，與波長(zhǎng)可比擬，所以光線通過(guò)空氣膜應(yīng)該有干涉現(xiàn)象，在空氣膜的下表面處有一半波損失，故光程差應(yīng)該為2n₂e+λ/2．

(2)假設(shè)玻璃板厚度的量級(jí)與可見光波長(zhǎng)量級(jí)可比擬，當(dāng)單色光垂直投射在劈尖上時(shí)，上玻璃板能滿足形成薄膜干涉的條件，其光程差為2n2e+λ/2，下玻璃板也能滿足形成薄膜于涉的條件，光程差為2n₁h+λ／2，但由于玻璃板膜厚均勻，h不變，人射角i=儼也不變，故玻璃板形成的薄膜干涉為等傾又等厚干涉條紋，要么玻璃板全亮，要么全暗，它不會(huì)影響空氣劈尖干涉條紋的位置和條紋間距。空氣劈尖干涉光程差仍為2n2e+λ/2，但玻璃板會(huì)影響劈尖干涉條紋的亮度對(duì)比度．

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)展更加迅速。通過(guò)測(cè)量反射光的干涉來(lái)計(jì)算膜層厚度，利用膜層與底材的反射率和相位差來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)量。

在納米級(jí)薄膜的各項(xiàng)相關(guān)參數(shù)中，薄膜材料的厚度是薄膜設(shè)計(jì)和制備過(guò)程中重要的參量之一，具有決定薄膜性質(zhì)和性能的基本作用。然而，由于其極小尺寸及突出的表面效應(yīng)，使得對(duì)納米級(jí)薄膜的厚度準(zhǔn)確測(cè)量變得困難。經(jīng)過(guò)眾多科研技術(shù)人員的探索和研究，新的薄膜厚度測(cè)量理論和測(cè)量技術(shù)不斷涌現(xiàn)，測(cè)量方法從手動(dòng)到自動(dòng)、有損到無(wú)損不斷得到實(shí)現(xiàn)。對(duì)于不同性質(zhì)薄膜，其適用的厚度測(cè)量方案也不相同。針對(duì)納米級(jí)薄膜，應(yīng)用光學(xué)原理的測(cè)量技術(shù)。相比其他方法，光學(xué)測(cè)量方法具有精度高、速度快、無(wú)損測(cè)量等優(yōu)勢(shì)，成為主要檢測(cè)手段。其中代表性的測(cè)量方法有橢圓偏振法、干涉法、光譜法、棱鏡耦合法等。白光干涉膜厚儀廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體、光學(xué)、電子、化學(xué)等領(lǐng)域，為研究和開發(fā)提供了有力的手段。國(guó)產(chǎn)膜厚儀安裝操作注意事項(xiàng)

總的來(lái)說(shuō)，白光干涉膜厚儀是一種應(yīng)用廣、具有高精度和可靠性的薄膜厚度測(cè)量?jī)x器。光干涉膜厚儀檢測(cè)

通過(guò)白光干涉理論分析，詳細(xì)介紹了白光垂直掃描干涉技術(shù)和白光反射光譜技術(shù)的基本原理，并完成了應(yīng)用于測(cè)量靶丸殼層折射率和厚度分布實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)和搭建。該實(shí)驗(yàn)裝置由白光反射光譜探測(cè)模塊、靶丸吸附轉(zhuǎn)位模塊、三維運(yùn)動(dòng)模塊和氣浮隔震平臺(tái)等組成，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)靶丸的負(fù)壓吸附、靶丸位置的精密調(diào)整以及360°范圍的旋轉(zhuǎn)和特定角度下靶丸殼層白光反射光譜的測(cè)量。基于白光垂直掃描干涉和白光反射光譜的基本原理，提出了一種聯(lián)合使用的靶丸殼層折射率測(cè)量方法。該方法利用白光反射光譜測(cè)量靶丸殼層光學(xué)厚度，利用白光垂直掃描干涉技術(shù)測(cè)量光線通過(guò)靶丸殼層后的光程增量，從而可以計(jì)算得到靶丸的折射率和厚度數(shù)據(jù)。光干涉膜厚儀檢測(cè)