国内膜厚仪常用解决方案

基于白光干涉光谱单峰值波长移动的锗膜厚度测量方案研究 ：在对比研究目前常用的白光干涉测量方案的基础上，我们发现当两干涉光束的光程差非常小导致其干涉光谱只有一个干涉峰时，常用的基于两相邻干涉峰间距的解调方案不再适用。为此，我们提出了适用于极小光程差的基于干涉光谱单峰值波长移动的测量方案。干涉光谱的峰值波长会随着光程差的增大出现周期性的红移和蓝移，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。根据这一原理，搭建了光纤白光干涉温度传感系统对这一测量解调方案进行验证，得到了光纤端面半导体锗薄膜的厚度。实验结果显示锗膜的厚度为，与台阶仪测量结果存在，这是因为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。锗膜厚度测量误差主要来自光源的波长漂移和温度控制误差。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控制。国内膜厚仪常用解决方案

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。纳米级膜厚仪位移计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控制；

在白光反射光谱探测模块中，入射光经过分光镜1分光后 ，一部分光通过物镜聚焦到靶丸表面 ，靶丸壳层上、下表面的反射光经过物镜、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，可实现靶丸壳层白光干涉光谱的测量，一部分光到达CCD探测器，可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转位以及靶丸位置的辅助调整，测量过程中，将靶丸放置于轴系吸嘴前端，通过微型真空泵负压吸附于吸嘴上；然后，移动位移平台，将靶丸移动至CCD视场中心，通过Z向位移台，使靶丸表面成像清晰；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，平稳转位到特定角度，由于轴系的回转误差，转位后靶丸可能偏移CCD视场中心，此时可通过调整轴系前端的调心结构，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而引起的测量误差，该装置放置于气浮平台上，通过高性能的隔振效果可保证测量结果的稳定性。

光学测厚方法集光学 、机械、电子、计算机图像处理技术为一体，以其光波长为测量基准，从原理上保证了纳米级的测量精度。同时，光学测厚作为非接触式的测量方法，被广泛应用于精密元件表面形貌及厚度的无损测量。其中，薄膜厚度光学测量方法按光吸收、透反射、偏振和干涉等光学原理可分为分光光度法、椭圆偏振法、干涉法等多种测量方法。不同的测量方法，其适用范围各有侧重，褒贬不一。因此结合多种测量方法的多通道式复合测量法也有研究，如椭圆偏振法和光度法结合的光谱椭偏法，彩色共焦光谱干涉和白光显微干涉的结合法等。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。

干涉法作为面扫描方式可以一次性对薄膜局域内的厚度进行解算 ，适用于对面型整体形貌特征要求较高的测量对象。干涉法算法在于相位信息的提取，借助多种复合算法通常可以达到纳米级的测量准确度。然而主动干涉法对条纹稳定性不佳，光学元件表面的不清洁、光照度不均匀、光源不稳定、外界气流震动干扰等因素均可能影响干涉图的完整性[39]，使干涉图样中包含噪声和部分区域的阴影，给后期处理带来困难。除此之外，干涉法系统精度的来源——精密移动及定位部件也增加了系统的成本，高精度的干涉仪往往较为昂贵。增加光路长度可以提高仪器分辨率，但同时也会更容易受到振动等干扰，需要采取降噪措施。纳米级膜厚仪位移计

白光干涉膜厚仪是一种可用于测量薄膜厚度的仪器，适用于透明薄膜和平行表面薄膜的测量。国内膜厚仪常用解决方案

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。国内膜厚仪常用解决方案