膜厚仪原理

傅里叶变换是白光频域解调方法中一种低精度的信号解调方法。早是由G.F.Fernando和T.Liu等人提出，用于低精度光纤法布里-珀罗传感器的解调。因此，该解调方案的原理是通过傅里叶变换得到频域的峰值频率从而获得光程差，进而得到待测物理量的信息。傅里叶变换解调方案的优点是解调速度较快，受干扰信号的影响较小。但是其测量精度较低。根据数字信号处理FFT（快速傅里叶变换）理论，若输入光源波长范围为λ1,λ2，则所测光程差的理论小分辨率为λ1λ2/(λ2−λ1)，所以此方法主要应用于对解调精度要求不高的场合。傅里叶变换白光干涉法是对傅里叶变换法的改进。该方法总结起来就是对采集到的光谱信号做傅里叶变换，然后滤波、提取主频信号后进行逆傅里叶变换，然后做对数运算，并取其虚部做相位反包裹运算，由获得的相位得到干涉仪的光程差。该方法经过实验证明其测量精度比傅里叶变换高。广泛应用于半导体、光学、电子、化学等领域，为研究和开发提供了有力的手段。膜厚仪原理

薄膜在现代光学、电子、医疗、能源和建材等技术领域得到广泛应用，可以提高器件性能。但是由于薄膜制备工艺和生产环境等因素的影响，成品薄膜存在厚度分布不均和表面粗糙度大等问题，导致其光学和物理性能无法达到设计要求，严重影响其性能和应用。因此，需要开发出精度高、体积小、稳定性好的测量系统以满足微米级工业薄膜的在线检测需求。当前的光学薄膜测厚方法无法同时兼顾高精度、轻小体积和合理的成本，而具有纳米级测量分辨率的商用薄膜测厚仪器价格昂贵、体积大，无法满足工业生产现场的在线测量需求。因此，提出了一种基于反射光谱原理的高精度工业薄膜厚度测量解决方案，研发了小型化、低成本的薄膜厚度测量系统，并提出了一种无需标定样品的高效稳定的膜厚计算算法。该系统可以实现微米级工业薄膜的厚度测量。白光干涉膜厚仪供应商在半导体、光学、电子、化学等领域广泛应用，有助于研究和开发新产品。

白光干涉的分析方法利用白光干涉感知空间位置的变化，从而得到被测物体的信息。它是在单色光相移干涉术的基础上发展而来的。单色光相移干涉术利用光路使参考光和被测表面的反射光发生干涉，再使用相移的方法调制相位，利用干涉场中光强的变化计算出其每个数据点的初始相位，但是这样得到的相位是位于（-π，+π]间，所以得到的是不连续的相位。因此，需要进行相位展开使其变为连续相位。再利用高度与相位的信息求出被测物体的表面形貌。单色光相移法具有测量速度快、测量分辨力高、对背景光强不敏感等优点。但是，由于单色光干涉无法确定干涉条纹的零级位置。因此，在相位解包裹中无法得到相位差的周期数，所以只能假定相位差不超过一个周期，相当于测试表面的相邻高度不能超过四分之一波长。这就限制了其测量的范围，使它只能测试连续结构或者光滑表面结构。

本文主要研究了如何采用白光干涉法、表面等离子体共振法和外差干涉法来实现纳米级薄膜厚度的准确测量，研究对象为半导体锗和贵金属金两种材料。由于不同材料薄膜的特性差异，所适用的测量方法也会有所不同。对于折射率高，在通信波段（1550nm附近）不透明的半导体锗膜，采用白光干涉的测量方法；而对于厚度更薄的金膜，由于其折射率为复数，且具有表面等离子体效应，所以采用基于表面等离子体共振的测量方法会更合适。为了进一步提高测量精度，本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来检测P光与S光之间的相位差，以提高厚度测量的精度。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。

光学测厚方法集光学、机械、电子、计算机图像处理技术为一体，以其光波长为测量基准，从原理上保证了纳米级的测量精度。同时，光学测厚作为非接触式的测量方法，被广泛应用于精密元件表面形貌及厚度的无损测量。其中，薄膜厚度光学测量方法按光吸收、透反射、偏振和干涉等光学原理可分为椭圆偏振法、分光光度法、干涉法等多种测量方法。不同的测量方法，其适用范围各有侧重，褒贬不一。因此结合多种测量方法的多通道式复合测量法也有研究，如椭圆偏振法和光度法结合的光谱椭偏法，彩色共焦光谱干涉和白光显微干涉的结合法等。白光干涉膜厚仪的应用非常广，特别是在半导体、光学、电子和化学等领域。白光干涉膜厚仪信赖推荐

Michelson干涉仪的光路长度决定了仪器的精度。膜厚仪原理

光纤白光干涉测量使用的是宽谱光源。在选择光源时，需要重点考虑光源的输出光功率和中心波长的稳定性。由于本文所设计的解调系统是通过测量干涉峰值的中心波长移动来实现的，因此光源中心波长的稳定性对实验结果会产生很大的影响。实验中我们选择使用由INPHENIX公司生产的SLED光源，相对于一般的宽带光源具有输出功率高、覆盖光谱范围宽等优点。该光源采用+5V的直流供电，标定中心波长为1550nm，且其输出功率在一定范围内可调。驱动电流可以达到600mA。膜厚仪原理