高精度膜厚仪的原理

白光干涉频域解调顾名思义是在频域分析解调信号 ，测量装置与时域解调装置几乎相同，只需把光强测量装置换为光谱仪或者是CCD ，接收到的信号是光强随着光波长的分布。由于时域解调中接收到的信号是一定范围内所有波长的光强叠加，因此将频谱信号中各个波长的光强叠加，即可得到与它对应的时域接收信号。由此可见，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，还包含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，能够将宽谱光变成窄带光谱，从而增加了光谱的相干长度。这一解调技术的优点就是在整个测量系统中没有使用机械扫描部件，从而在测量的稳定性和可靠性上得到很大的提高。常见的频域解调方法有峰峰值检测法、傅里叶解调法以及傅里叶变换白光干涉解调法等。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。高精度膜厚仪的原理

针对微米级工业薄膜厚度测量 ，研究了基于宽光谱干涉的反射式法测量方法。根据薄膜干涉及光谱共聚焦原理 ，综合考虑成本、稳定性、体积等因素要求，研制了满足工业应用的小型薄膜厚度测量系统。根据波长分辨下的薄膜反射干涉光谱模型，结合经典模态分解和非均匀傅里叶变换思想，提出了一种基于相位功率谱分析的膜厚解算算法，能有效利用全光谱数据准确提取相位变化，对由环境噪声带来的假频干扰，具有很好的抗干扰性。通过对PVC标准厚度片，PCB板芯片膜层及锗基SiO2膜层的测量实验对系统性能进行了验证，结果表明测厚系统具有1~75μm厚度的测量量程，μm.的测量不确定度。由于无需对焦，可在10ms内完成单次测量，满足工业级测量高效便捷的应用要求。高精度膜厚仪的原理光路长度越长，分辨率越高，但同时也更容易受到静态振动等干扰因素的影响。

自1986年E.Wolf证明了相关诱导光谱的变化以来 ，人们在理论和实验上展开了讨论和研究。结果表明，动态的光谱位移可以产生新的滤波器，应用于光学信号处理和加密领域。在论文中，我们提出的基于白光干涉光谱单峰值波长移动的解调方案，可以用于当光程差非常小导致其干涉光谱只有一个干涉峰时的信号解调，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的时候，仍然可以观察到干涉条纹。出现这种现象的原因是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。当我们使用光谱仪来接收干涉光谱时，由于光谱仪光栅的分光作用，将宽光谱的白光变成了窄带光谱，从而使相干长度发生变化。

与激光光源相比以白光的宽光谱光源由于具有短相干长度的特点使得两光束只有在光程差极小的情况下才能发生干涉因此不会产生干扰条纹 。同时由于白光干涉产生的干涉条纹具有明显的零光程差位置避免了干涉级次不确定的问题。本文以白光干涉原理为理论基础对单层透明薄膜厚度测量尤其对厚度小于光源相干长度的薄膜厚度测量进行了研究。首先从白光干涉测量薄膜厚度的原理出发、分别详细阐述了白光干涉原理和薄膜测厚原理。接着在金相显微镜的基础上构建了型垂直白光扫描系统作为实验中测试薄膜厚度的仪器并利用白光干涉原理对的位移量进行了标定。当光路长度增加，仪器的分辨率越高，也越容易受到静态振动等干扰因素的影响，需采取一些减小噪声的措施。

对同一靶丸相同位置进行白光垂直扫描干涉 ，图4-3是靶丸的垂直扫描干涉示意图，通过控制光学轮廓仪的运动机构带动干涉物镜在垂直方向上的移动，从而测量到光线穿过靶丸后反射到参考镜与到达基底直接反射回参考镜的光线之间的光程差，显然，当一束平行光穿过靶丸后，偏离靶丸中心越远的光线，测量到的有效壁厚越大，其光程差也越大，但这并不表示靶丸壳层的厚度，当垂直穿过靶丸中心的光线测得的光程差才对应靶丸的上、下壳层的厚度。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。测量膜厚仪测量仪

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。高精度膜厚仪的原理

干涉测量法[9-10]是基于光的干涉原理实现对薄膜厚度测量的光学方法 ，是一种高精度的测量技术。采用光学干涉原理的测量系统一般具有结构简单，成本低廉，稳定性好，抗干扰能力强，使用范围广等优点。对于大多数的干涉测量任务，都是通过薄膜表面和基底表面之间产生的干涉条纹的形状和分布规律，来研究干涉装置中待测物理量引入的光程差或者是位相差的变化，从而达到测量目的。光学干涉测量方法的测量精度可达到甚至优于纳米量级，而利用外差干涉进行测量，其精度甚至可以达到10-3nm量级[11]。根据所使用光源的不同，干涉测量方法又可以分为激光干涉测量和白光干涉测量两大类。激光干涉测量的分辨率更高，但是不能实现对静态信号的测量，只能测量输出信号的变化量或者是连续信号的变化，即只能实现相对测量。而白光干涉是通过对干涉信号中心条纹的有效识别来实现对物理量的测量，是一种测量方式，在薄膜厚度的测量中得到了广泛的应用。高精度膜厚仪的原理