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来源: 发布时间:2024年10月08日

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。它可以用不同的软件进行数据处理和分析,比如建立数据库、统计数据等。品牌膜厚仪厂家供应

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[44-45]。系统基本结构如图2-1所示。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。纳米级膜厚仪出厂价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 。

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。

白光干涉在零光程差处 ,出现零级干涉条纹,随着光程差的增加,光源谱宽范围内的每条谱线各自形成的干涉条纹之间互有偏移,叠加的整体效果使条纹对比度下降。测量精度高,可以实现测量,采用白光干涉原理的测量系统的抗干扰能力强,动态范围大,具有快速检测和结构紧凑等优点。普通的激光干涉与白光干涉之间虽然有差别,但也有很多的共同之处。可以说,白光干涉实际上就是将白光看作一系列理想的单色光在时域上的相干叠加,在频域上观察到的就是不同波长对应的干涉光强变化曲线。随着技术的进步和应用领域的拓展,白光干涉膜厚仪的性能和功能将不断提高和扩展。

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。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。苏州膜厚仪按需定制

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傅里叶变换是白光频域解调方法中一种低精度的信号解调方法 。早是由G.F.Fernando和T.Liu等人提出,用于低精度光纤法布里-珀罗传感器的解调。因此,该解调方案的原理是通过傅里叶变换得到频域的峰值频率从而获得光程差,进而得到待测物理量的信息。傅里叶变换解调方案的优点是解调速度较快,受干扰信号的影响较小。但是其测量精度较低。根据数字信号处理FFT(快速傅里叶变换)理论,若输入光源波长范围为[]λ1,λ2,则所测光程差的理论小分辨率为λ1λ2/(λ2−λ1),所以此方法主要应用于对解调精度要求不高的场合。傅里叶变换白光干涉法是对傅里叶变换法的改进。该方法总结起来就是对采集到的光谱信号做傅里叶变换,然后滤波、提取主频信号后进行逆傅里叶变换,然后做对数运算,并取其虚部做相位反包裹运算,由获得的相位得到干涉仪的光程差。该方法经过实验证明其测量精度比傅里叶变换高。品牌膜厚仪厂家供应

标签: 光谱共焦

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