自1986年E.Wolf證明了相關(guān)誘導(dǎo)光譜的變化以來(lái) ，人們?cè)诶碚摵蛯?shí)驗(yàn)上展開(kāi)了討論和研究。結(jié)果表明，動(dòng)態(tài)的光譜位移可以產(chǎn)生新的濾波器，應(yīng)用于光學(xué)信號(hào)處理和加密領(lǐng)域。在論文中，我們提出的基于白光干涉光譜單峰值波長(zhǎng)移動(dòng)的解調(diào)方案，可以用于當(dāng)光程差非常小導(dǎo)致其干涉光譜只有一個(gè)干涉峰時(shí)的信號(hào)解調(diào)，實(shí)現(xiàn)納米薄膜厚度測(cè)量。在頻域干涉中，當(dāng)干涉光程差超過(guò)光源相干長(zhǎng)度的時(shí)候，仍然可以觀察到干涉條紋。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是白光光源的光譜可以看成是許多單色光的疊加，每一列單色光的相干長(zhǎng)度都是無(wú)限的。當(dāng)我們使用光譜儀來(lái)接收干涉光譜時(shí)，由于光譜儀光柵的分光作用，將寬光譜的白光變成了窄帶光譜，從而使相干長(zhǎng)度發(fā)生變化。白光干涉膜厚測(cè)量技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)薄膜的快速測(cè)量和分析 。薄膜干涉膜厚儀常用解決方案
對(duì)同一靶丸相同位置進(jìn)行白光垂直掃描干涉 ，圖4-3是靶丸的垂直掃描干涉示意圖，通過(guò)控制光學(xué)輪廓儀的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)干涉物鏡在垂直方向上的移動(dòng)，從而測(cè)量到光線穿過(guò)靶丸后反射到參考鏡與到達(dá)基底直接反射回參考鏡的光線之間的光程差，顯然，當(dāng)一束平行光穿過(guò)靶丸后，偏離靶丸中心越遠(yuǎn)的光線，測(cè)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，當(dāng)垂直穿過(guò)靶丸中心的光線測(cè)得的光程差才對(duì)應(yīng)靶丸的上、下殼層的厚度。國(guó)內(nèi)膜厚儀銷售價(jià)格增加光路長(zhǎng)度可以提高儀器分辨率，但同時(shí)也會(huì)更容易受到振動(dòng)等干擾，需要采取降噪措施。
光具有傳播的特性 ，不同波列在相遇的區(qū)域，振動(dòng)將相互疊加，是各列光波獨(dú)自在該點(diǎn)所引起的振動(dòng)矢量和。兩束光要發(fā)生干涉，應(yīng)必須滿足三個(gè)相干條件，即：頻率一致、振動(dòng)方向一致、相位差穩(wěn)定一致。發(fā)生干涉的兩束光在一些地方振動(dòng)加強(qiáng)，而在另一些地方振動(dòng)減弱，產(chǎn)生規(guī)則的明暗交替變化。任何干涉測(cè)量都是完全建立在這種光波典型特性上的。下圖分別表示干涉相長(zhǎng)和干涉相消的合振幅。與激光光源相比，白光光源的相干長(zhǎng)度在幾微米到幾十微米內(nèi)，通常都很短，更為重要的是，白光光源產(chǎn)生的干涉條紋具有一個(gè)典型的特征：即條紋有一個(gè)固定不變的位置，該固定位置對(duì)應(yīng)于光程差為零的平衡位置，并在該位置白光輸出光強(qiáng)度具有最大值，并通過(guò)探測(cè)該光強(qiáng)最大值，可實(shí)現(xiàn)樣品表面位移的精密測(cè)量。此外，白光光源具有系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)、穩(wěn)定性好且動(dòng)態(tài)范圍大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。因此，白光垂直掃描干涉、白光反射光譜等基于白光干涉的光學(xué)測(cè)量技術(shù)在薄膜三維形貌測(cè)量、薄膜厚度精密測(cè)量等領(lǐng)域得以廣泛應(yīng)用。
在白光反射光譜探測(cè)模塊中，入射光經(jīng)過(guò)分光鏡1分光后 ，一部分光通過(guò)物鏡聚焦到靶丸表面 ，靶丸殼層上、下表面的反射光經(jīng)過(guò)物鏡、分光鏡1、聚焦透鏡、分光鏡2后，一部分光聚焦到光纖端面并到達(dá)光譜儀探測(cè)器，可實(shí)現(xiàn)靶丸殼層白光干涉光譜的測(cè)量，一部分光到達(dá)CCD探測(cè)器，可獲得靶丸表面的光學(xué)圖像。靶丸吸附轉(zhuǎn)位模塊和三維運(yùn)動(dòng)模塊分別用于靶丸的吸附定位以及靶丸特定角度轉(zhuǎn)位以及靶丸位置的輔助調(diào)整，測(cè)量過(guò)程中，將靶丸放置于軸系吸嘴前端，通過(guò)微型真空泵負(fù)壓吸附于吸嘴上；然后，移動(dòng)位移平臺(tái)，將靶丸移動(dòng)至CCD視場(chǎng)中心，通過(guò)Z向位移臺(tái)，使靶丸表面成像清晰；利用光譜儀探測(cè)靶丸殼層的白光反射光譜；靶丸在軸系的帶動(dòng)下，平穩(wěn)轉(zhuǎn)位到特定角度，由于軸系的回轉(zhuǎn)誤差，轉(zhuǎn)位后靶丸可能偏移CCD視場(chǎng)中心，此時(shí)可通過(guò)調(diào)整軸系前端的調(diào)心結(jié)構(gòu)，使靶丸定點(diǎn)位于視場(chǎng)中心并采集其白光反射光譜；重復(fù)以上步驟，可實(shí)現(xiàn)靶丸特定位置或圓周輪廓白光反射光譜數(shù)據(jù)的測(cè)量。為減少外界干擾和震動(dòng)而引起的測(cè)量誤差，該裝置放置于氣浮平臺(tái)上，通過(guò)高性能的隔振效果可保證測(cè)量結(jié)果的穩(wěn)定性。白光干涉膜厚測(cè)量技術(shù)的優(yōu)化需要對(duì)實(shí)驗(yàn)方法和算法進(jìn)行改進(jìn)。
開(kāi)展白光干涉理論分析 ，在此基礎(chǔ)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，完成了應(yīng)用于靶丸殼層折射率和厚度分布測(cè)量實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)及搭建。該實(shí)驗(yàn)裝置主要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、氣浮隔震平臺(tái)等幾部分組成，可實(shí)現(xiàn)靶丸的負(fù)壓吸附、靶丸位置的精密調(diào)整以及靶丸360°范圍的旋轉(zhuǎn)及特定角度下靶丸殼層白光反射光譜的測(cè)量?；诎坠獯怪睊呙韪缮婧桶坠夥瓷涔庾V的基本原理,建立了二者聯(lián)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，二者聯(lián)立即可求得靶丸折射率和厚度數(shù)據(jù)。光路長(zhǎng)度越長(zhǎng)，分辨率越高，但同時(shí)也更容易受到靜態(tài)振動(dòng)等干擾因素的影響。薄膜干涉膜厚儀
工作原理是基于膜層與底材反射率及相位差，通過(guò)測(cè)量反射光的干涉來(lái)計(jì)算膜層厚度。薄膜干涉膜厚儀常用解決方案
白光干涉的分析方法利用白光干涉感知空間位置的變化 ，從而得到被測(cè)物體的信息 。它是在單色光相移干涉術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的。單色光相移干涉術(shù)利用光路使參考光和被測(cè)表面的反射光發(fā)生干涉，再使用相移的方法調(diào)制相位，利用干涉場(chǎng)中光強(qiáng)的變化計(jì)算出其每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的初始相位，但是這樣得到的相位是位于（-π，+π]間，所以得到的是不連續(xù)的相位。因此，需要進(jìn)行相位展開(kāi)使其變?yōu)檫B續(xù)相位。再利用高度與相位的信息求出被測(cè)物體的表面形貌。單色光相移法具有測(cè)量速度快、測(cè)量分辨力高、對(duì)背景光強(qiáng)不敏感等優(yōu)點(diǎn)。但是，由于單色光干涉無(wú)法確定干涉條紋的零級(jí)位置。因此，在相位解包裹中無(wú)法得到相位差的周期數(shù)，所以只能假定相位差不超過(guò)一個(gè)周期，相當(dāng)于測(cè)試表面的相鄰高度不能超過(guò)四分之一波長(zhǎng)[27]。這就限制了其測(cè)量的范圍，使它只能測(cè)試連續(xù)結(jié)構(gòu)或者光滑表面結(jié)構(gòu)。薄膜干涉膜厚儀常用解決方案