光干涉膜厚仪精度

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。可测量大气压下薄膜厚度在1纳米到1毫米之间。光干涉膜厚仪精度

薄膜干涉原理根据薄膜干涉原理…，当波长为^的单色光以人射角f从折射率为n．的介质入射到折射率为n：、厚度为e的介质膜面(见图1)时，干涉明、暗纹条件为：

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）

E式中k为干涉条纹级次；δ’为半波损失．

普通物理教材中讨论薄膜干涉问题时，均近似地认为，δ’是指入射光波在光疏介质中前进，遇到光密介质i的界面时，在不超过临界角的条件下，不论人射角的大小如何，在反射过程中都将产生半个波长的损失(严格地说， 只在掠射和正射情况下反射光的振动方向与入射光的振动方向才几乎相反)，故δ’是否存在决定于n1,n2,n3大小的比较。当膜厚e一定，而入射角j可变时，干涉条纹级次^随f而变，即同样的人射角‘对应同一级明纹(或暗纹)，叫等倾干涉，如以不同的入射角入射到平板介质上．当入射角￡一定，而膜厚。可变时，干涉条纹级次随。而变，即同样的膜厚e对应同一级明纹(或暗纹)。叫等厚干涉，如劈尖干涉和牛顿环． 国内膜厚仪诚信合作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；

在对目前常用的白光干涉测量方案进行比较研究后发现，当两个干涉光束的光程差非常小导致干涉光谱只有一个峰时，基于相邻干涉峰间距的解调方案不再适用。因此，我们提出了一种基于干涉光谱单峰值波长移动的测量方案，适用于极小光程差。这种方案利用干涉光谱的峰值波长会随光程差变化而周期性地出现红移和蓝移，当光程差在较小范围内变化时，峰值波长的移动与光程差成正比。我们在光纤白光干涉温度传感系统上验证了这一测量方案，并成功测量出光纤端面半导体锗薄膜的厚度。实验表明，锗膜厚度为一定值，与台阶仪测量结果存在差异是由于薄膜表面本身并不光滑，台阶仪的测量结果只能作为参考值。误差主要来自光源的波长漂移和温度误差。

靶丸壳层折射率 、厚度及其分布参数是激光惯性约束聚变（ICF）物理实验中非常关键的参数，精密测量靶丸壳层折射率、厚度及其分布对ICF精密物理实验研究具有非常重要的意义。由于靶丸尺寸微小（亚毫米量级）、结构特殊（球形结构）、测量精度要求高，如何实现靶丸壳层折射率及其厚度分布的精密测量是靶参数测量技术研究中重要的研究内容。本论文针对靶丸壳层折射率及厚度分布的精密测量需求，开展了基于白光干涉技术的靶丸壳层折射率及厚度分布测量技术研究。白光干涉膜厚测量技术可以应用于光学元件制造中的薄膜厚度管控。

为了提高靶丸内爆压缩效率，需要确保靶丸所有几何参数和物性参数都符合理想的球对称状态，因此需要对靶丸壳层厚度分布进行精密检测。常用的测量手法有X射线显微辐照法、激光差动共焦法和白光干涉法等。白光干涉法是以白光作为光源，分成入射到参考镜和待测样品的两束光，在计算机管控下进行扫描和干涉信号分析，得到膜的厚度信息。该方法适用于靶丸壳层厚度的测量，但需要已知壳层材料的折射率，且难以实现靶丸壳层厚度分布的测量。操作需要一定的专业技能和经验，需要进行充分的培训和实践。光干涉膜厚仪精度

操作需要一定的专业基础和经验，需要进行充分的培训和实践。光干涉膜厚仪精度

白光干涉光谱分析是目前白光干涉测量的一个重要方向，此项技术主要是利用光谱仪将对条纹的测量转变成为对不同波长光谱的测量。通过分析被测物体的光谱特性，就能够得到相应的长度信息和形貌信息。相比于白光扫描干涉术，它不需要大量的扫描过程，因此提高了测量效率，而且也减小了环境对它的影响。此项技术能够测量距离、位移、块状材料的群折射率以及多层薄膜厚度。白光干涉光谱法是基于频域干涉的理论，采用白光作为宽波段光源，经过分光棱镜，被分成两束光，这两束光分别入射到参考面和被测物体，反射回来后经过分光棱镜合成后，由色散元件分光至探测器，记录频域上的干涉信号。此光谱信号包含了被测表面的信息，如果此时被测物体是薄膜，则薄膜的厚度也包含在这光谱信号当中。这样就把白光干涉的精度和光谱测量的速度结合起来，形成了一种精度高而且速度快的测量方法。光干涉膜厚仪精度