開展白光干涉理論分析，在此基礎(chǔ)詳細(xì)介紹了白光垂直掃描干涉技術(shù)和白光反射光譜技術(shù)的基本原理，完成了應(yīng)用于靶丸殼層折射率和厚度分布測量實驗裝置的設(shè)計及搭建。該實驗裝置主要由白光反射光譜探測模塊、靶丸吸附轉(zhuǎn)位模塊、三維運(yùn)動模塊、氣浮隔震平臺等幾部分組成，可實現(xiàn)靶丸的負(fù)壓吸附、靶丸位置的精密調(diào)整以及靶丸360°范圍的旋轉(zhuǎn)及特定角度下靶丸殼層白光反射光譜的測量?；诎坠獯怪睊呙韪缮婧桶坠夥瓷涔庾V的基本原理,建立了二者聯(lián)用的靶丸殼層折射率測量方法，該方法利用白光反射光譜測量靶丸殼層光學(xué)厚度，利用白光垂直掃描干涉技術(shù)測量光線通過靶丸殼層后的光程增量，二者聯(lián)立即可求得靶丸折射率和厚度數(shù)據(jù)。白光干涉膜厚測量技術(shù)可以對不同材料的薄膜進(jìn)行聯(lián)合測量和分析。廣西高速膜厚儀
在白光反射光譜探測模塊中，入射光經(jīng)過分光鏡1分光后，一部分光通過物鏡聚焦到靶丸表面，靶丸殼層上、下表面的反射光經(jīng)過物鏡、分光鏡1、聚焦透鏡、分光鏡2后，一部分光聚焦到光纖端面并到達(dá)光譜儀探測器，可實現(xiàn)靶丸殼層白光干涉光譜的測量，一部分光到達(dá)CCD探測器，可獲得靶丸表面的光學(xué)圖像。靶丸吸附轉(zhuǎn)位模塊和三維運(yùn)動模塊分別用于靶丸的吸附定位以及靶丸特定角度轉(zhuǎn)位以及靶丸位置的輔助調(diào)整，測量過程中，將靶丸放置于軸系吸嘴前端，通過微型真空泵負(fù)壓吸附于吸嘴上；然后，移動位移平臺，將靶丸移動至CCD視場中心，通過Z向位移臺，使靶丸表面成像清晰；利用光譜儀探測靶丸殼層的白光反射光譜；靶丸在軸系的帶動下，平穩(wěn)轉(zhuǎn)位到特定角度，由于軸系的回轉(zhuǎn)誤差，轉(zhuǎn)位后靶丸可能偏移CCD視場中心，此時可通過調(diào)整軸系前端的調(diào)心結(jié)構(gòu)，使靶丸定點(diǎn)位于視場中心并采集其白光反射光譜；重復(fù)以上步驟，可實現(xiàn)靶丸特定位置或圓周輪廓白光反射光譜數(shù)據(jù)的測量。為減少外界干擾和震動而引起的測量誤差，該裝置放置于氣浮平臺上，通過高性能的隔振效果可保證測量結(jié)果的穩(wěn)定性。 寶山區(qū)原裝膜厚儀白光干涉膜厚測量技術(shù)的應(yīng)用涵蓋了材料科學(xué)、光學(xué)制造、電子工業(yè)等多個領(lǐng)域。
光學(xué)測厚方法集光學(xué)、機(jī)械、電子、計算機(jī)圖像處理技術(shù)為一體，以其光波長為測量基準(zhǔn)，從原理上保證了納米級的測量精度。同時，光學(xué)測厚作為非接觸式的測量方法，被廣泛應(yīng)用于精密元件表面形貌及厚度的無損測量。其中，薄膜厚度光學(xué)測量方法按光吸收、透反射、偏振和干涉等光學(xué)原理可分為分光光度法、橢圓偏振法、干涉法等多種測量方法。不同的測量方法，其適用范圍各有側(cè)重，褒貶不一。因此結(jié)合多種測量方法的多通道式復(fù)合測量法也有研究，如橢圓偏振法和光度法結(jié)合的光譜橢偏法，彩色共焦光譜干涉和白光顯微干涉的結(jié)合法等。
針對微米級工業(yè)薄膜厚度測量，研究了基于寬光譜干涉的反射式法測量方法。根據(jù)薄膜干涉及光譜共聚焦原理，綜合考慮成本、穩(wěn)定性、體積等因素要求，研制了滿足工業(yè)應(yīng)用的小型薄膜厚度測量系統(tǒng)。根據(jù)波長分辨下的薄膜反射干涉光譜模型，結(jié)合經(jīng)典模態(tài)分解和非均勻傅里葉變換思想，提出了一種基于相位功率譜分析的膜厚解算算法，能有效利用全光譜數(shù)據(jù)準(zhǔn)確提取相位變化，對由環(huán)境噪聲帶來的假頻干擾，具有很好的抗干擾性。通過對PVC標(biāo)準(zhǔn)厚度片，PCB板芯片膜層及鍺基SiO2膜層的測量實驗對系統(tǒng)性能進(jìn)行了驗證，結(jié)果表明測厚系統(tǒng)具有1~75μm厚度的測量量程，μm.的測量不確定度。由于無需對焦，可在10ms內(nèi)完成單次測量，滿足工業(yè)級測量高效便捷的應(yīng)用要求。 白光干涉膜厚測量技術(shù)可以通過對干涉曲線的分析實現(xiàn)對薄膜的厚度分布的測量和分析。
論文所研究的鍺膜厚度約300nm，導(dǎo)致其白光干涉輸出光譜只有一個干涉峰，此時常規(guī)基于相鄰干涉峰間距解調(diào)的方案（如峰峰值法等）將不再適用。為此，我們提出了一種基于單峰值波長移動的白光干涉測量方案，并設(shè)計搭建了膜厚測量系統(tǒng)。溫度測量實驗結(jié)果表明，峰值波長與溫度變化之間具有良好的線性關(guān)系。利用該測量方案，我們測得實驗用鍺膜的厚度為338.8nm，實驗誤差主要來自于溫度控制誤差和光源波長漂移。論文通過對納米級薄膜厚度的測量方案研究，實現(xiàn)了對鍺膜和金膜的厚度測量。論文主要的創(chuàng)新點(diǎn)是提出了白光干涉單峰值波長移動的解調(diào)方案，并將其應(yīng)用于極短光程差的測量。白光干涉膜厚測量技術(shù)可以對薄膜的表面和內(nèi)部進(jìn)行聯(lián)合測量和分析。常用膜厚儀設(shè)備生產(chǎn)
白光干涉膜厚測量技術(shù)可以實現(xiàn)對薄膜內(nèi)部結(jié)構(gòu)的測量。廣西高速膜厚儀
利用包絡(luò)線法計算薄膜的光學(xué)常數(shù)和厚度，但目前看來包絡(luò)法還存在很多不足，包絡(luò)線法需要產(chǎn)生干涉波動，要求在測量波段內(nèi)存在多個干涉極值點(diǎn)，且干涉極值點(diǎn)足夠多，精度才高。理想的包絡(luò)線是根據(jù)聯(lián)合透射曲線的切點(diǎn)建立的，在沒有正確方法建立包絡(luò)線時，通常使用拋物線插值法建立，這樣造成的誤差較大。包絡(luò)法對測量對象要求高，如果薄膜較薄或厚度不足情況下，會造成干涉條紋減少，干涉波峰個數(shù)較少，要利用干涉極值點(diǎn)建立包絡(luò)線就越困難，且利用拋物線插值法擬合也很困難，從而降低該方法的準(zhǔn)確度。其次，薄膜吸收的強(qiáng)弱也會影響該方法的準(zhǔn)確度，對于吸收較強(qiáng)的薄膜，隨干涉條紋減少，極大值與極小值包絡(luò)線逐漸匯聚成一條曲線，該方法就不再適用。因此，包絡(luò)法適用于膜層較厚且弱吸收的樣品。廣西高速膜厚儀