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来源: 发布时间:2024年08月14日

本章主要介绍了基于白光反射光谱和白光垂直扫描干涉联用的靶丸壳层折射率测量方法 。该方法利用白光反射光谱测量靶丸壳层光学厚度,利用白光垂直扫描干涉技术测量光线通过靶丸壳层后的光程增量,二者联立即可求得靶丸折射率和厚度数据。在实验数据处理方面,为解决白光干涉光谱中波峰位置难以精确确定和单极值点判读可能存在干涉级次误差的问题,提出MATLAB曲线拟合测定极值点波长以及利用干涉级次连续性进行干涉级次判定的数据处理方法。应用碳氢(CH)薄膜对测量结果的可靠性进行了实验验证。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。苏州膜厚仪企业

自上世纪60年代起 ,利用X及β射线、近红外光源开发的在线薄膜测厚系统广泛应用于西方先进国家的工业生产线中。20世纪70年代后,为满足日益增长的质检需求,电涡流、电磁电容、超声波、晶体振荡等多种膜厚测量技术相继问世。90年代中期,随着离子辅助、离子束溅射、磁控溅射、凝胶溶胶等新型薄膜制备技术取得巨大突破,以椭圆偏振法和光度法为展示的光学检测技术以高精度、低成本、轻便环保、高速稳固为研发方向不断迭代更新,迅速占领日用电器及工业生产市场,并发展出依据用户需求个性化定制产品的能力。其中,对于市场份额占比较大的微米级薄膜,除要求测量系统不仅具有百纳米级的测量准确度及分辨力以外,还要求测量系统在存在不规则环境干扰的工业现场下,具备较高的稳定性和抗干扰能力。纳米级膜厚仪供应链广泛应用于电子、半导体、光学、化学等领域,为研究和开发提供了有力的手段。

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。

极值法求解过程计算简单 ,速度快,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。白光干涉膜厚测量技术可以实现对薄膜的非接触式测量。

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的优化需要对实验方法和算法进行改进。微米级膜厚仪厂家现货

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。苏州膜厚仪企业

采用峰峰值法处理光谱数据时 ,被测光程差的分辨率取决于光谱仪或CCD的分辨率。我们只需获得相邻的两干涉峰值处的波长信息即可得出光程差,不必关心此波长处的光强大小,从而降低数据处理的难度。也可以利用多组相邻的干涉光谱极值对应的波长来分别求出光程差,然后再求平均值作为测量光程差,这样可以提高该方法的测量精度。但是,峰峰值法存在着一些缺点:当使用宽带光源作为输入光源时,接收光谱中不可避免地叠加有与光源同分布的背景光,从而引起峰值处波长的改变,引入测量误差。同时,当两干涉信号之间的光程差很小,导致其干涉光谱只有一个干涉峰的时候,此法便不再适用。苏州膜厚仪企业

标签: 光谱共焦

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