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。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得到进一步提高。白光干涉膜厚仪常用解决方案
光学测厚方法结合了光学、机械、电子和计算机图像处理技术,以光波长为测量基准,从原理上保证了纳米级的测量精度。由于光学测厚是非接触式的测量方法,因此被用于精密元件表面形貌及厚度的无损测量。针对薄膜厚度的光学测量方法,可以按照光吸收、透反射、偏振和干涉等不同光学原理分为分光光度法、椭圆偏振法、干涉法等多种测量方法。不同的测量方法各有优缺点和适用范围。因此,有一些研究采用了多通道式复合测量法,结合多种测量方法,例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。国内膜厚仪量大从优Michelson干涉仪的光路长度支配了精度。
为了分析白光反射光谱的测量范围,进行了不同壁厚的靶丸壳层白光反射光谱测量实验。实验结果显示,对于壳层厚度为30μm的靶丸,其白光反射光谱各谱峰非常密集,干涉级次数值大;此外,由于靶丸壳层的吸收,壁厚较大的靶丸信号强度相对较弱。随着靶丸壳层厚度的进一步增加,其白光反射光谱各谱峰将更加密集,难以实现对各干涉谱峰波长的测量。为实现较大厚度靶丸壳层厚度的白光反射光谱测量,需采用红外宽谱光源和光谱探测器。对于壳层厚度为μm的靶丸,测量的波峰相对较少,容易实现壳层白光反射光谱谱峰波长的准确测量;随着靶丸壳层厚度的进一步减小,两干涉信号之间的光程差差异非常小,以至于光谱信号中只有一个干涉波峰,难以使用峰值探测的白光反射光谱方法测量其厚度。为了实现较小厚度靶丸壳层厚度的白光反射光谱测量,可采用紫外宽谱光源和光谱探测器提升其探测厚度下限。
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。随着技术的进步和应用领域的拓展,白光干涉膜厚仪的性能和功能将不断提升和扩展。
使用了迭代算法的光谱拟合法,其优缺点在很大程度上取决于所选择的算法。随着各种全局优化算法的引入,遗传算法和模拟退火算法等新算法被用于薄膜参数的测量。其缺点是不够实用,该方法需要一个较好的薄膜的光学模型(包括色散系数、吸收系数、多层膜系统),但是在实际测试过程中,薄膜的色散和吸收的公式通常不准确,尤其是对于多层膜体系,建立光学模型非常困难,无法用公式准确地表示出来。在实际应用中只能使用简化模型,因此,通常全光谱拟合法不如极值法有效。另外该方法的计算速度慢也不能满足快速计算的要求。它可以用不同的软件进行数据处理和分析,比如建立数据库、统计数据等。白光干涉膜厚仪常用解决方案
精度高的白光干涉膜厚仪通常采用Michelson干涉仪的结构。白光干涉膜厚仪常用解决方案
白光干涉测量技术,也称为光学低相干干涉测量技术,使用的是低相干的宽谱光源,如超辐射发光二极管、发光二极管等。与所有光学干涉原理一样,白光干涉也是通过观察干涉图案变化来分析干涉光程差变化,并通过各种解调方案实现对待测物理量的测量。采用宽谱光源的优点是,由于白光光源的相干长度很小(一般为几微米到几十微米之间),所有波长的零级干涉条纹重合于主极大值,即中心条纹,与零光程差的位置对应。因此,中心零级干涉条纹的存在为测量提供了一个可靠的位置参考,只需一个干涉仪即可进行待测物理量的测量,克服了传统干涉仪不能进行测量的缺点。同时,相对于其他测量技术,白光干涉测量方法还具有环境不敏感、抗干扰能力强、动态范围大、结构简单和成本低廉等优点。经过几十年的研究与发展,白光干涉技术在膜厚、压力、温度、应变、位移等领域已得到广泛应用。白光干涉膜厚仪常用解决方案