自1986年E.Wolf证明了相关诱导光谱的变化以来,人们开始在理论和实验上进行探讨和研究。结果表明,动态的光谱位移可以产生新的滤波器,可应用于光学信号处理和加密领域。本文提出的基于白光干涉光谱单峰值波长移动的解调方案,可应用于当两光程差非常小导致干涉光谱只有一个干涉峰的信号解调,实现纳米薄膜厚度测量。在频域干涉中,当干涉光程差超过光源相干长度时,仍然可以观察到干涉条纹。这种现象是因为白光光源的光谱可以看成是许多单色光的叠加,每一列单色光的相干长度都是无限的。当使用光谱仪接收干涉光谱时,由于光谱仪光栅的分光作用,宽光谱的白光变成了窄带光谱,导致相干长度发生变化。光路长度越长,仪器分辨率越高,但也越容易受到干扰因素的影响,需要采取降噪措施。苏州膜厚仪厂家直销价格
傅里叶变换是白光频域解调方法中的一种低精度信号解调方法,起初由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。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,并得到待测物理量的信息。傅里叶变换解调方案的优势是解调速度快,受干扰信号影响较小,但精度不高。根据数字信号处理FFT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),因此该方法主要应用于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。该方法总结起来是对采集到的光谱信号进行傅里叶变换,然后滤波、提取主频信号,接着进行逆傅里叶变换、对数运算,之后取其虚部进行相位反包裹运算,从而通过得到的相位来获得干涉仪的光程差。经实验证明,该方法测量精度比傅里叶变换方法更高。高速膜厚仪常见问题白光干涉膜厚仪的工作原理是基于膜层与底材的反射率及其相位差,通过测量反射光的干涉来计算膜层厚度。
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。
白光扫描干涉法采用白光为光源,压电陶瓷驱动参考镜进行扫描,干涉条纹扫过被测面,通过感知相干峰位置来获得表面形貌信息。对于薄膜的测量,上下表面形貌、粗糙度、厚度等信息能通过一次测量得到,但是由于薄膜上下表面的反射,会使提取出来的白光干涉信号出现双峰形式,变得更复杂。另外,由于白光扫描法需要扫描过程,因此测量时间较长而且易受外界干扰。基于图像分割技术的薄膜结构测试方法,实现了对双峰干涉信号的自动分离,实现了薄膜厚度的测量。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。
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。白光干涉膜厚测量技术可以对薄膜的厚度、反射率、折射率等光学参数进行测量。高性能膜厚仪
白光干涉膜厚测量技术可以应用于电子工业中的薄膜电阻率测量;苏州膜厚仪厂家直销价格
白光干涉频域解调是利用频域分析解调信号的一种方法。与时域解调装置相比,测量装置几乎相同,只需将光强测量装置更换为光谱仪或CCD。由于时域解调中接收到的信号是一定范围内所有波长光强叠加,因此将频谱信号中各个波长的光强叠加起来即可得到它对应的时域接收信号。因此,频域的白光干涉条纹不仅包含了时域白光干涉条纹的所有信息,而且包括了时域干涉条纹中没有的波长信息。在频域干涉中,当两束相干光的光程差远大于光源的相干长度时,仍然可以在光谱仪上观察到频域干涉条纹。这是由于光谱仪内部的光栅具有分光作用,可以将宽谱光变成窄带光谱,从而增加光谱的相干长度。这种解调技术的优点是整个测量系统中没有使用机械扫描部件,因此在测量的稳定性和可靠性方面得到了显著提高。常见的频域解调方法包括峰峰值检测法、傅里叶解调法和傅里叶变换白光干涉解调法等。苏州膜厚仪厂家直销价格