白光反射光谱探测模块中,入射光经过分光镜1分光后,一部分光照射到靶丸表面,靶丸壳层上、下表面的反射光经物镜、分光镜1、聚焦透镜、分光镜2后,一部分光聚焦到光纤端面并到达光谱仪探测器,实现了靶丸壳层白光干涉光谱的测量。另一部分光到达CCD探测器,获得靶丸表面的光学图像。靶丸吸附转位模块和三维运动模块分别用于靶丸的吸附定位以及靶丸特定角度的转位和靶丸位置的调整。在测量过程中,将靶丸放置于轴系吸嘴前端,通过微型真空泵将其吸附于吸嘴上;然后,移动位移平台,将靶丸移动至CCD视场中心,Z向位移台可调整视场清晰度;利用光谱仪探测靶丸壳层的白光反射光谱;靶丸在轴系的带动下,平稳转动到特定角度,为消除轴系回转误差所带来的误差,可通过调整调心结构,使靶丸定点位于视场中心并采集其白光反射光谱。重复以上步骤,可实现靶丸特定位置或圆周轮廓白光反射光谱数据的测量。为减少外界干扰和震动所引起的测量误差,该装置放置于气浮平台上,通过高性能的隔振效果,保证了测量结果的稳定性。总之,白光干涉膜厚仪是一种应用很广的测量薄膜厚度的仪器;微米级膜厚仪主要功能与优势
光具有传播的特性 ,不同波列在相遇的区域,振动将相互叠加,是各列光波独自在该点所引起的振动矢量和。两束光要发生干涉,应必须满足三个相干条件,即:频率一致、振动方向一致、相位差稳定一致。发生干涉的两束光在一些地方振动加强,而在另一些地方振动减弱,产生规则的明暗交替变化。任何干涉测量都是完全建立在这种光波典型特性上的。下图分别表示干涉相长和干涉相消的合振幅。与激光光源相比,白光光源的相干长度在几微米到几十微米内,通常都很短,更为重要的是,白光光源产生的干涉条纹具有一个典型的特征:即条纹有一个固定不变的位置,该固定位置对应于光程差为零的平衡位置,并在该位置白光输出光强度具有最大值,并通过探测该光强最大值,可实现样品表面位移的精密测量。此外,白光光源具有系统抗干扰能力强、稳定性好且动态范围大、结构简单,成本低廉等优点。因此,白光垂直扫描干涉、白光反射光谱等基于白光干涉的光学测量技术在薄膜三维形貌测量、薄膜厚度精密测量等领域得以广泛应用。高速膜厚仪设备生产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。
白光扫描干涉法可以避免色光相移干涉法测量的局限性。该方法利用白光作为光源,由于白光是一种宽光谱的光源,相干长度相对较短,因此发生干涉的位置范围很小。在白光干涉时,存在一个确定的零位置,当测量光和参考光的光程相等时,所有波长的光均会发生相长干涉,此时可以观察到一个明亮的零级条纹,同时干涉信号也达到最大值。通过分析这个干涉信号,可以得到被测物体的几何形貌。白光扫描干涉术是通过测量干涉条纹来完成的,而干涉条纹的清晰度直接影响测试精度。因此,为了提高精度,需要更为复杂的光学系统,这使得条纹的测量变得费力费时。
根据以上分析可知 ,白光干涉时域解调方案的优点是: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,光源的波长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,所以扫描装置的分辨率将影响系统的精度。采用这种解调方案的测量分辨率一般是几个微米,达到亚微米的分辨率,主要受机械扫描部件的分辨率和稳定性限制。文献[46]所报道的位移扫描的分辨率可以达到0.54μm。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限制。可测量大气压下薄膜厚度在1纳米到1毫米之间。
白光扫描干涉法利用白光作为光源,通过压电陶瓷驱动参考镜进行扫描,将干涉条纹扫过被测面,并通过感知相干峰位置来获取表面形貌信息。测量原理如图1-5所示。然而,在对薄膜进行测量时,其上下表面的反射会导致提取出的白光干涉信号呈现双峰形式,变得更为复杂。此外,由于白光扫描干涉法需要进行扫描过程,因此测量时间较长,且易受外界干扰。基于图像分割技术的薄膜结构测试方法能够自动分离双峰干涉信号,从而实现对薄膜厚度的测量。通过测量反射光的干涉来计算膜层厚度,利用膜层与底材的反射率和相位差来实现测量。白光干涉膜厚仪企业
白光干涉膜厚测量技术可以实现对薄膜的在线检测和控制;微米级膜厚仪主要功能与优势
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。微米级膜厚仪主要功能与优势