高精度膜厚仪以客为尊

本文温所研究的锗膜厚度约300nm，导致其白光干涉输出光谱只有一个干涉峰，此时常规基于相邻干涉峰间距解调的方案（如峰峰值法等）将不再适用。为此，我们提出了一种基于单峰值波长移动的白光干涉测量方案，并设计搭建了膜厚测量系统。温度测量实验结果表明，峰值波长与温度变化之间具有良好的线性关系。利用该测量方案，我们测得实验用锗膜的厚度为338.8nm，实验误差主要来自于温度控制误差和光源波长漂移。通过对纳米级薄膜厚度的测量方案研究，实现了对锗膜和金膜的厚度测量。本文主要的创新点是提出了白光干涉单峰值波长移动的解调方案，并将其应用于极短光程差的测量。白光干涉膜厚仪是一种用来测量透明和平行表面薄膜厚度的仪器。高精度膜厚仪以客为尊

干涉法和分光光度法都是基于相干光形成等厚干涉条纹的原理来确定薄膜厚度和折射率。不同于薄膜自发产生的等倾干涉，干涉法是通过设置参考光路来形成参考平面和测量平面间干涉条纹，因此其相位信息包含两个部分，分别是由扫描高度引起的附加相位和由薄膜内部多次反射引起的膜厚相位。干涉法的测量光路使用面阵CCD接收参考平面和测量平面间相干波面的干涉光强分布。与以上三种点测量方式不同，干涉法能够一次性生成薄膜待测区域的表面形貌信息，但因存在大量轴向扫描和数据解算，完成单次测量的时间相对较长。膜厚仪应用操作需要一定的专业素养和经验，需要进行充分的培训和实践。

用峰峰值法处理光谱数据时，被测光程差的分辨率取决于光谱仪或CCD的分辨率。我们只需要获取相邻的两个干涉峰值处的波长信息，即可确定光程差，不必关心此波长处的光强大小，从而降低了数据处理难度。此外，也可以利用多组相邻干涉光谱极值对应的波长分别求出光程差，然后再求平均值作为测量结果，以提高该方法的测量精度。但是，峰峰值法存在着一些缺点：当使用宽带光源时，不可避免地会有与光源同分布的背景光叠加在接收光谱中，从而引起峰值处波长的改变，从而引入测量误差。同时，当两干涉信号之间的光程差很小，导致其干涉光谱只有一个干涉峰时，此法便不再适用。

 基于白光干涉光谱单峰值波长移动的锗膜厚度测量方案研究：在对比研究目前常用的白光干涉测量方案的基础上，我们发现当两干涉光束的光程差非常小导致其干涉光谱只有一个干涉峰时，常用的基于两相邻干涉峰间距的解调方案不再适用。为此，我们提出了适用于极小光程差并基于干涉光谱单峰值波长移动的测量方案。干涉光谱的峰值波长会随着光程差的增大出现周期性的红移和蓝移，当光程差在较小范围内变化时，峰值波长的移动与光程差成正比。根据这一原理，搭建了光纤白光干涉温度传感系统对这一测量解调方案进行验证，得到了光纤端面半导体锗薄膜的厚度。实验结果显示锗膜的厚度为，与台阶仪测量结果存在，这是因为薄膜表面本身并不光滑，台阶仪的测量结果只能作为参考值。锗膜厚度测量误差主要来自光源的波长漂移和温度控制误差。该仪器的工作原理是通过测量反射光的干涉来计算膜层厚度，基于反射率和相位差。

本文主要以半导体锗和贵金属金两种材料为对象，研究了白光干涉法、表面等离子体共振法和外差干涉法实现纳米级薄膜厚度准确测量的可行性。由于不同材料薄膜的特性不同，所适用的测量方法也不同。半导体锗膜具有折射率高，在通信波段（1550nm附近）不透明的特点，选择采用白光干涉的测量方法；而厚度更薄的金膜的折射率为复数，且能激发明显的表面等离子体效应，因而可借助基于表面等离子体共振的测量方法；为了进一步改善测量的精度，论文还研究了外差干涉测量法，通过引入高精度的相位解调手段，检测P光与S光之间的相位差提升厚度测量的精度。工作原理是基于膜层与底材反射率及相位差，通过测量反射光的干涉来计算膜层厚度。高精度膜厚仪以客为尊

白光干涉膜厚仪是用于测量薄膜厚度的一种仪器，可用于透明薄膜和平行表面薄膜的测量。高精度膜厚仪以客为尊

折射率分别为1．45和1．62的2块玻璃板，使其一端相接触，形成67的尖劈．将波长为550nm的单色光垂直投射在劈上，并在上方观察劈的干涉条纹，试求条纹间距。

我们可以分2种可能的情况来讨论：

一般玻璃的厚度可估计为1mm的量级，这个量级相对于光的波长550nm而言，应该算是膜厚e远远大于波长^的厚玻璃了，所以光线通过上玻璃板时应该无干涉现象，同理光线通过下玻璃板时也无干涉现象．空气膜厚度因劈角很小而很薄，与波长可比拟，所以光线通过空气膜应该有干涉现象，在空气膜的下表面处有一半波损失，故光程差应该为2n₂e+λ/2．

(2)假设玻璃板厚度的量级与可见光波长量级可比拟，当单色光垂直投射在劈尖上时，上玻璃板能满足形成薄膜干涉的条件，其光程差为2n2e+λ/2，下玻璃板也能满足形成薄膜于涉的条件，光程差为2n₁h+λ／2，但由于玻璃板膜厚均匀，h不变，人射角i=俨也不变，故玻璃板形成的薄膜干涉为等倾又等厚干涉条纹，要么玻璃板全亮，要么全暗，它不会影响空气劈尖干涉条纹的位置和条纹间距。空气劈尖干涉光程差仍为2n2e+λ/2，但玻璃板会影响劈尖干涉条纹的亮度对比度． 高精度膜厚仪以客为尊