測量膜厚儀的精度

在對目前常用的白光干涉測量方案進行比較研究后發(fā)現(xiàn)，當兩個干涉光束的光程差非常小導致干涉光譜只有一個峰時，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隨光程差變化而周期性地出現(xiàn)紅移和藍移，當光程差在較小范圍內(nèi)變化時，峰值波長的移動與光程差成正比。我們在光纖白光干涉溫度傳感系統(tǒng)上驗證了這一測量方案，并成功測量出光纖端面半導體鍺薄膜的厚度。實驗表明，鍺膜厚度為一定值，與臺階儀測量結(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。隨著技術(shù)的不斷進步和應用領(lǐng)域的拓展，其性能和功能會得到提高和擴展。測量膜厚儀的精度

用峰峰值法處理光譜數(shù)據(jù)時，被測光程差的分辨率取決于光譜儀或CCD的分辨率。我們只需要獲取相鄰的兩個干涉峰值處的波長信息，即可確定光程差，不必關(guān)心此波長處的光強大小，從而降低了數(shù)據(jù)處理難度。此外，也可以利用多組相鄰干涉光譜極值對應的波長分別求出光程差，然后再求平均值作為測量結(jié)果，以提高該方法的測量精度。但是，峰峰值法存在著一些缺點：當使用寬帶光源時，不可避免地會有與光源同分布的背景光疊加在接收光譜中，從而引起峰值處波長的改變，從而引入測量誤差。同時，當兩干涉信號之間的光程差很小，導致其干涉光譜只有一個干涉峰時，此法便不再適用。測量膜厚儀標價操作需要一定的專業(yè)基礎(chǔ)和經(jīng)驗，需要進行充分的培訓和實踐。

干涉測量法是一種基于光的干涉原理實現(xiàn)對薄膜厚度測量的光學方法，是一種高精度的測量技術(shù)，其采用光學干涉原理的測量系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、穩(wěn)定性高、抗干擾能力強、使用范圍廣等優(yōu)點。對于大多數(shù)干涉測量任務(wù)，都是通過分析薄膜表面和基底表面之間產(chǎn)生的干涉條紋的形狀和分布規(guī)律，來研究待測物理量引入的光程差或位相差的變化，從而實現(xiàn)測量目的。光學干涉測量方法的測量精度可達到甚至優(yōu)于納米量級，利用外差干涉進行測量，其精度甚至可以達到10^-3 nm量級。根據(jù)所使用的光源不同，干涉測量方法可分為激光干涉測量和白光干涉測量兩大類。激光干涉測量的分辨率更高，但不能實現(xiàn)對靜態(tài)信號的測量，只能測量輸出信號的變化量或連續(xù)信號的變化，即只能實現(xiàn)相對測量。而白光干涉是通過對干涉信號中心條紋的有效識別來實現(xiàn)對物理量的測量，是一種測量方式，在薄膜厚度測量中得到了廣泛的應用。

在激光慣性約束核聚變實驗中 ，靶丸的物性參數(shù)和幾何參數(shù)是靶丸制備工藝改進和仿真模擬核聚變實驗過程的基礎(chǔ)，因此如何對靶丸多個參數(shù)進行同步、高精度、無損的綜合檢測是激光慣性約束核聚變實驗中的關(guān)鍵問題。以上各種薄膜厚度及折射率的測量方法各有利弊，但針對本文實驗，仍然無法滿足激光核聚變技術(shù)對靶丸參數(shù)測量的高要求，靶丸參數(shù)測量存在以下問題：不能對靶丸進行破壞性切割測量，否則，被破壞后的靶丸無法用于于下一步工藝處理或者打靶實驗；需要同時測得靶丸的多個參數(shù)，不同參數(shù)的單獨測量，無法提供靶丸制備和核聚變反應過程中發(fā)生的結(jié)構(gòu)變化現(xiàn)象和規(guī)律，并且效率低下、沒有統(tǒng)一的測量標準。靶丸屬于自支撐球形薄膜結(jié)構(gòu)，曲面應力大、難展平的特點導致靶丸與基底不能完全貼合，在微區(qū)內(nèi)可看作類薄膜結(jié)構(gòu)白光干涉膜厚測量技術(shù)可以在不同環(huán)境下進行測量；

對同一靶丸相同位置進行白光垂直掃描干涉，建立靶丸的垂直掃描干涉裝置，通過控制光學輪廓儀的運動機構(gòu)帶動干涉物鏡在垂直方向上的移動，從而測量到光線穿過靶丸后反射到參考鏡與到達基底直接反射回參考鏡的光線之間的光程差，顯然，當一束平行光穿過靶丸后，偏離靶丸中心越遠的光線，測量到的有效壁厚越大，其光程差也越大，但這并不表示靶丸殼層的厚度，存在誤差，穿過靶丸中心的光線測得的光程差才對應靶丸的上、下殼層的厚度。光路長度越長，儀器分辨率越高，但也越容易受到干擾因素的影響，需要采取降噪措施。國內(nèi)膜厚儀貨真價實

隨著技術(shù)的不斷進步和應用領(lǐng)域的擴展，白光干涉膜厚儀的性能和功能將得到進一步提高；測量膜厚儀的精度

論文所研究的鍺膜厚度約300nm ，導致其白光干涉輸出光譜只有一個干涉峰，此時常規(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的白光干涉測量方案，并設(shè)計搭建了膜厚測量系統(tǒng)。溫度測量實驗結(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，我們測得實驗用鍺膜的厚度為338.8nm，實驗誤差主要來自于溫度控制誤差和光源波長漂移。論文通過對納米級薄膜厚度的測量方案研究，實現(xiàn)了對鍺膜和金膜的厚度測量。論文主要的創(chuàng)新點是提出了白光干涉單峰值波長移動的解調(diào)方案，并將其應用于極短光程差的測量。測量膜厚儀的精度