薄膜膜厚仪的原理

常用白光垂直扫描干涉系统的原理：入射的白光光束通过半反半透镜进入到显微干涉物镜后，被分光镜分成两部分，一个部分入射到固定的参考镜，一部分入射到样品表面，当参考镜表面和样品表面的反射光通过分光镜后，再次汇聚产生干涉条纹，干涉光通过透镜后，利用电荷耦合器(CCD)可探测整个视场内双白光光束的干涉图像。利用Z向精密位移台带动干涉镜头或样品台Z向扫描，可获得一系列的干涉图像。根据干涉图像序列中对应点的光强随光程差变化曲线，可得该点的Z向相对位移；然后，由CCD图像中每个像素点光强最大值对应的Z向位置获得被测样品表面的三维形貌。Michelson干涉仪的光路长度决定了仪器的精度。薄膜膜厚仪的原理

根据以上分析，白光干涉时域解调方案的优点如下：①能够实现测量；②抗干扰能力强，系统的分辨率与光源输出功率的波动、光源波长的漂移以及外界环境对光纤的扰动等因素无关；③测量精度与零级干涉条纹的确定精度以及反射镜的精度有关；④结构简单，成本较低。但是，时域解调方法需要借助扫描部件移动干涉仪一端的反射镜来进行相位补偿，因此扫描装置的分辨率会影响系统的精度。采用这种解调方案的测量分辨率一般在几个微米，要达到亚微米的分辨率则主要受机械扫描部件的分辨率和稳定性所限制。文献[46]报道的位移扫描的分辨率可以达到0.54微米。然而，当所测光程差较小时，F-P腔前后表面干涉峰值相距很近，难以区分，此时时域解调方案的应用受到了限制。薄膜干涉膜厚仪随着技术的不断进步和应用领域的扩展，白光干涉膜厚仪的性能和功能将不断提高和拓展。

2e(n₂²一n₁²sin2i)^1/2＋δ’=kλ，k=1,2,3,4,5...(1)

2e(n₂²一n₁²sin2i)^1/2＋δ’=（2k＋1）λ/2，k=0，1,2,3,4，...（2）

当膜的厚度e与波长A不可比拟时，有下列情况出现：(1)膜厚e远远大于波长^时，由于由同一波列分解出来的2列波的光程差已超过相干民度．因而不能相遇，故不能发生干涉…，没有明纹或暗纹出现．(2)膜厚e远远小于波长^时，相干条件(1)，(2)式中e一0，2相干光束之间的光程差已主要受半波损失d7的影响，而膜厚e和入射角i实际上对光程差已没有贡献．若半波损失∥存在，就发生相消干涉，反之，就发生相长干涉…，故观察到的要么全是明纹，要么全是暗纹．

光谱拟合法易于应用于测量，但由于使用了迭代算法，因此其优缺点在很大程度上取决于所选择的算法。随着遗传算法、模拟退火算法等全局优化算法的引入，被用于测量薄膜参数。该方法需要一个较好的薄膜光学模型(包括色散系数、吸收系数、多层膜系统)，但实际测试过程中薄膜的色散和吸收的公式通常不准确，特别是对于多层膜体系，建立光学模型非常困难，无法用公式准确地表示出来。因此，通常使用简化模型，全光谱拟合法在实际应用中不如极值法有效。此外，该方法的计算速度慢，不能满足快速计算的要求。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。

在初始相位为零的情况下，当被测光与参考光之间的光程差为零时，光强度将达到最大值。为探测两个光束之间的零光程差位置，需要精密Z轴向运动台带动干涉镜头作垂直扫描运动或移动载物台，垂直扫描过程中，用探测器记录下干涉光强，可得白光干涉信号强度与Z向扫描位置（两光束光程差）之间的变化曲线。干涉图像序列中某波长处的白光信号强度随光程差变化示意图，曲线中光强极大值位置即为零光程差位置，通过零过程差位置的精密定位，即可实现样品表面相对位移的精密测量；通过确定最大值对应的Z向位置可获得被测样品表面的三维高度。当光路长度增加，仪器的分辨率越高，也越容易受到静态振动等干扰因素的影响，需采取一些减小噪声的措施。高频膜厚仪

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。薄膜膜厚仪的原理

白光干涉的相干原理早在1975年就被提出，并在1976年实现了在光纤通信领域中的应用。1983年，Brian Culshaw的研究小组报道了白光干涉技术在光纤传感领域中的应用。随后在1984年，报道了基于白光干涉原理的完整的位移传感系统。这项研究成果证明了白光干涉技术可以用于测量能够转换成位移的物理参量。此后的几年中，白光干涉技术应用于温度、压力等的研究也相继被报道。自上世纪90年代以来，白光干涉技术得到了快速发展，提供了更多实现测量的解决方案。近年来，由于传感器设计和研制的进步，信号处理的新方案提出，以及传感器的多路复用等技术的发展，使白光干涉测量技术的发展更加迅速。薄膜膜厚仪的原理