光干涉膜厚儀

極值法求解過程計算簡單，速度快，同時能確定薄膜的多個光學常數(shù)并解決多值性問題，測試范圍廣，但沒有考慮薄膜均勻性和基底色散的因素，因此精度不夠高。此外，由于受曲線擬合精度的限制，該方法對膜厚的測量范圍有要求，通常用于測量薄膜厚度大于200納米且小于10微米的情況，以確保光譜信號中的干涉波峰數(shù)適當。全光譜擬合法是基于客觀條件或基本常識來設置每個擬合參數(shù)上限、下限，并為該區(qū)域的薄膜生成一組或多組光學參數(shù)及厚度的初始值，引入適合的色散模型，再通過麥克斯韋方程組的推導得到結果。該方法能判斷預設的初始值是否為要測量的薄膜參數(shù)，建立評價函數(shù)來計算透過率/反射率與實際值之間的偏差。只有當計算出的透過率/反射率與實際值之間的偏差很小時，我們才能認為預設的初始值就是要測量的薄膜參數(shù)。精度高的白光干涉膜厚儀通常采用Michelson干涉儀的結構。光干涉膜厚儀

。白光干涉膜厚儀基于薄膜對白光的反射和透射產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，通過測量干涉條紋的位置和間距來計算出薄膜的厚度。這種儀器在光學薄膜、半導體、涂層和其他薄膜材料的生產(chǎn)和研發(fā)過程中具有重要的應用價值。白光干涉膜厚儀的原理是基于薄膜對白光的干涉現(xiàn)象。當白光照射到薄膜表面時，部分光線會被薄膜反射，而另一部分光線會穿透薄膜并在薄膜內(nèi)部發(fā)生多次反射和折射。這些反射和折射的光線會與原始入射光線產(chǎn)生干涉，形成干涉條紋。通過測量干涉條紋的位置和間距，可以推導出薄膜的厚度信息。白光干涉膜厚儀在光學薄膜領域具有廣泛的應用。光學薄膜是一種具有特殊光學性質(zhì)的薄膜材料，廣泛應用于激光器、光學鏡片、光學濾波器等光學元件中。通過白光干涉膜厚儀可以實現(xiàn)對光學薄膜厚度的精確測量，保證光學薄膜元件的光學性能。此外，白光干涉膜厚儀還可以用于半導體行業(yè)中薄膜材料的生產(chǎn)和質(zhì)量控制，確保半導體器件的性能穩(wěn)定和可靠性。白光干涉膜厚儀還可以應用于涂層材料的生產(chǎn)和研發(fā)過程中。涂層材料是一種在材料表面形成一層薄膜的工藝，用于增強材料的表面性能。通過白光干涉膜厚儀可以對涂層材料的厚度進行精確測量，保證涂層的均勻性和穩(wěn)定性，提高涂層材料的質(zhì)量和性能。納米級膜厚儀原理通過測量反射光的干涉來計算膜層厚度，利用膜層與底材的反射率和相位差來實現(xiàn)測量。

對同一靶丸的相同位置進行白光垂直掃描干涉實驗，如圖4-3所示。通過控制光學輪廓儀的運動機構帶動干涉物鏡在垂直方向上移動，測量光線穿過靶丸后反射到參考鏡與到達基底后直接反射回參考鏡的光線之間的光程差。顯然，越偏離靶丸中心的光線測得的有效壁厚越大，其光程差也越大，但這并不表示靶丸殼層的厚度。只有當垂直穿過靶丸中心的光線測得的光程差才對應于靶丸的上、下殼層的厚度。因此，在進行白光垂直掃描干涉實驗時，需要選擇穿過靶丸中心的光線位置進行測量，這樣才能準確地測量靶丸殼層的厚度。此外，通過控制干涉物鏡在垂直方向上移動，可以測量出不同位置的厚度值，從而得到靶丸殼層厚度的空間分布情況。

光纖白光干涉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)。論文所設計的解調(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，驅動電流可以達到600mA。白光干涉膜厚測量技術可以實現(xiàn)對薄膜的在線檢測和控制。

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)[44-45]。系統(tǒng)基本結構如圖2-1所示。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，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。隨著技術的進步和應用領域的拓展，白光干涉膜厚儀的性能和功能將不斷提升和擴展。國內(nèi)膜厚儀安裝操作注意事項

可以配合不同的軟件進行分析和數(shù)據(jù)處理，例如建立數(shù)據(jù)庫、統(tǒng)計數(shù)據(jù)等。光干涉膜厚儀

本文主要以半導體鍺和貴金屬金兩種材料為對象，研究了白光干涉法、表面等離子體共振法和外差干涉法實現(xiàn)納米級薄膜厚度準確測量的可行性。由于不同材料薄膜的特性不同，所適用的測量方法也不同。半導體鍺膜具有折射率高，在通信波段（1550nm附近）不透明的特點，選擇采用白光干涉的測量方法；而厚度更薄的金膜的折射率為復數(shù)，且能激發(fā)明顯的表面等離子體效應，因而可借助基于表面等離子體共振的測量方法；為了進一步改善測量的精度，論文還研究了外差干涉測量法，通過引入高精度的相位解調(diào)手段，檢測P光與S光之間的相位差提升厚度測量的精度。光干涉膜厚儀