膜厚仪原理

在激光惯性约束核聚变实验中，靶丸的物性参数和几何参数对靶丸制备工艺改进和仿真模拟核聚变实验过程至关重要。然而，如何对靶丸多个参数进行同步、高精度、无损的综合检测是激光惯性约束核聚变实验中的关键问题。虽然已有多种薄膜厚度及折射率的测量方法，但仍然无法满足激光核聚变技术对靶丸参数测量的高要求。此外，靶丸的参数测量存在以下问题：不能对靶丸进行破坏性切割测量，否则被破坏的靶丸无法用于后续工艺处理或打靶实验；需要同时测得靶丸的多个参数，因为不同参数的单独测量无法提供靶丸制备和核聚变反应过程中发生的结构变化的现象和规律，并且效率低下、没有统一的测量标准。由于靶丸属于自支撑球形薄膜结构，曲面应力大、难以展平，因此靶丸与基底不能完全贴合，可在微观区域内视作类薄膜结构。可以配合不同的软件进行分析和数据处理，例如建立数据库、统计数据等 。膜厚仪原理

极值法求解过程计算简单，速度快，同时能确定薄膜的多个光学常数并解决多值性问题，测试范围广，但没有考虑薄膜均匀性和基底色散的因素，因此精度不够高。此外，由于受曲线拟合精度的限制，该方法对膜厚的测量范围有要求，通常用于测量薄膜厚度大于200纳米且小于10微米的情况，以确保光谱信号中的干涉波峰数适当。全光谱拟合法是基于客观条件或基本常识来设置每个拟合参数上限、下限，并为该区域的薄膜生成一组或多组光学参数及厚度的初始值，引入适合的色散模型，再通过麦克斯韦方程组的推导得到结果。该方法能判断预设的初始值是否为要测量的薄膜参数，建立评价函数来计算透过率/反射率与实际值之间的偏差。只有当计算出的透过率/反射率与实际值之间的偏差很小时，我们才能认为预设的初始值就是要测量的薄膜参数。国内膜厚仪行业应用白光干涉膜厚测量技术的优化需要对实验方法和算法进行改进 。

目前 ，应用的显微干涉方式主要有Mirau显微干涉和Michelson显微干涉两张方式。在Mirau型显微干涉结构，在该结构中物镜和被测样品之间有两块平板，一个是涂覆有高反射膜的平板作为参考镜，另一块涂覆半透半反射膜的平板作为分光棱镜，由于参考镜位于物镜和被测样品之间，从而使物镜外壳更加紧凑，工作距离相对而言短一些，其倍率一般为10-50倍，Mirau显微干涉物镜参考端使用与测量端相同显微物镜，因此没有额外的光程差。是常用的方法之一。

本文研究的锗膜厚度约为300nm，导致白光干涉输出的光谱只有一个干涉峰，无法采用常规的基于相邻干涉峰间距解调的方案，如峰峰值法等。为此，研究人员提出了一种基于单峰值波长移动的白光干涉测量方案，并设计制作了膜厚测量系统。经实验证明，峰值波长和温度变化之间存在很好的线性关系。利用该方案，研究人员成功测量了实验用锗膜的厚度为338.8nm，实验误差主要源于温度控制误差和光源波长漂移。该论文通过对纳米级薄膜厚度测量方案的研究，实现了对锗膜和金膜厚度的测量，并主要创新点在于提出了基于白光干涉单峰值波长移动的解调方案，并将其应用于极短光程差的测量。该仪器的使用需要一定的专业技能和经验，操作前需要进行充分的培训和实践。

极值法求解过程计算简单，快速，同时确定薄膜的多个光学常数及解决多值性问题，测试范围广，但没有考虑薄膜均匀性和基底色散的因素，以至于精度不够高。此外，由于受曲线拟合精度的限制，该方法对膜厚的测量范围有要求，通常用这种方法测量的薄膜厚度应大于200nm且小于10μm，以确保光谱信号中的干涉波峰数恰当。全光谱拟合法是基于客观条件或基本常识来设置每个拟合参数上限、下限，并为该区域的薄膜生成一组或多组光学参数及厚度的初始值，引入适合的色散模型，再根据麦克斯韦方程组的推导。这样求得的值自然和实际的透过率和反射率（通过光学系统直接测量的薄膜透射率或反射率）有所不同，建立评价函数，当计算的透过率/反射率与实际值之间的偏差小时，我们就可以认为预设的初始值就是要测量的薄膜参数。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。国内膜厚仪行业应用

该仪器的工作原理是通过测量反射光的干涉来计算膜层厚度，基于反射率和相位差。膜厚仪原理

白光干涉时域解调方案需要借助机械扫描部件带动干涉仪的反射镜移动，补偿光程差，实现对信号的解调。光纤白光干涉仪的两输出臂分别作为参考臂和测量臂，作用是将待测的物理量转换为干涉仪两臂的光程差变化。测量臂因待测物理量而增加了一个未知的光程，参考臂则通过移动反射镜来实现对测量臂引入的光程差的补偿。当干涉仪两臂光程差ΔL=0时，即两干涉光束为等光程的时候，出现干涉极大值，可以观察到中心零级干涉条纹，而这一现象与外界的干扰因素无关，因而可据此得到待测物理量的值。干扰输出信号强度的因素包括：入射光功率、光纤的传输损耗、各端面的反射等。外界环境的扰动会影响输出信号的强度，但是对零级干涉条纹的位置不会产生影响。膜厚仪原理