小型膜厚儀詳情

本章介紹了基于白光反射光譜和白光垂直掃描干涉聯(lián)用的靶丸殼層折射率測(cè)量方法。該方法利用白光反射光譜測(cè)量靶丸殼層光學(xué)厚度，利用白光垂直掃描干涉技術(shù)測(cè)量光線通過靶丸殼層后的光程增量，結(jié)合起來即可得到靶丸的折射率和厚度數(shù)據(jù)。在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方面，為解決白光干涉光譜中波峰位置難以精確確定和單極值點(diǎn)判讀可能存在干涉級(jí)次誤差的問題，提出了利用MATLAB曲線擬合確定極值點(diǎn)波長(zhǎng)以及根據(jù)干涉級(jí)次連續(xù)性進(jìn)行干涉級(jí)次判斷的數(shù)據(jù)處理方法。通過應(yīng)用碳?xì)?CH)薄膜進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，證明該方法具有較高的測(cè)量精度和可靠性。這種膜厚儀可以測(cè)量大氣壓下，1 nm到1mm范圍內(nèi)的薄膜厚度。小型膜厚儀詳情

白光干涉在零光程差處，出現(xiàn)零級(jí)干涉條紋（在零級(jí)處，各波長(zhǎng)光的干涉亮條紋都重合，因而零級(jí)條紋呈白色），隨著光程差的增加，光源譜寬范圍內(nèi)的每條譜線各自形成的干涉條紋之間互有偏移，疊加的整體效果使條紋對(duì)比度下降。測(cè)量精度高，可以實(shí)現(xiàn)測(cè)量,采用白光干涉原理的測(cè)量系統(tǒng)的抗干擾能力強(qiáng)，動(dòng)態(tài)范圍大，具有快速檢測(cè)和結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)。普通的激光干涉與白光干涉之間雖然有差別，但也有很多的共同之處?？梢哉f，白光干涉實(shí)際上就是將白光看作一系列理想的單色光在時(shí)域上的相干疊加，在頻域上觀察到的就是不同波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的干涉光強(qiáng)變化曲線。微米級(jí)膜厚儀生產(chǎn)商白光干涉膜厚儀需要校準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)樣品的選擇和使用至關(guān)重要。

根據(jù)以上分析，白光干涉時(shí)域解調(diào)方案的優(yōu)點(diǎn)如下：①能夠?qū)崿F(xiàn)測(cè)量；②抗干擾能力強(qiáng)，系統(tǒng)的分辨率與光源輸出功率的波動(dòng)、光源波長(zhǎng)的漂移以及外界環(huán)境對(duì)光纖的擾動(dòng)等因素?zé)o關(guān)；③測(cè)量精度與零級(jí)干涉條紋的確定精度以及反射鏡的精度有關(guān)；④結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低。但是，時(shí)域解調(diào)方法需要借助掃描部件移動(dòng)干涉儀一端的反射鏡來進(jìn)行相位補(bǔ)償，因此掃描裝置的分辨率會(huì)影響系統(tǒng)的精度。采用這種解調(diào)方案的測(cè)量分辨率一般在幾個(gè)微米，要達(dá)到亞微米的分辨率則主要受機(jī)械掃描部件的分辨率和穩(wěn)定性所限制。文獻(xiàn)[46]報(bào)道的位移掃描的分辨率可以達(dá)到0.54微米。然而，當(dāng)所測(cè)光程差較小時(shí)，F(xiàn)-P腔前后表面干涉峰值相距很近，難以區(qū)分，此時(shí)時(shí)域解調(diào)方案的應(yīng)用受到了限制。

本文主要研究了如何采用白光干涉法、表面等離子體共振法和外差干涉法來實(shí)現(xiàn)納米級(jí)薄膜厚度的準(zhǔn)確測(cè)量，研究對(duì)象為半導(dǎo)體鍺和貴金屬金兩種材料。由于不同材料薄膜的特性差異，所適用的測(cè)量方法也會(huì)有所不同。對(duì)于折射率高，在通信波段（1550nm附近）不透明的半導(dǎo)體鍺膜，采用白光干涉的測(cè)量方法；而對(duì)于厚度更薄的金膜，由于其折射率為復(fù)數(shù)，且具有表面等離子體效應(yīng)，所以采用基于表面等離子體共振的測(cè)量方法會(huì)更合適。為了進(jìn)一步提高測(cè)量精度，本文還研究了外差干涉測(cè)量法，通過引入高精度的相位解調(diào)手段來檢測(cè)P光與S光之間的相位差，以提高厚度測(cè)量的精度。該儀器的工作原理是通過測(cè)量反射光的干涉來計(jì)算膜層厚度，基于反射率和相位差。

白光干涉頻域解調(diào)顧名思義是在頻域分析解調(diào)信號(hào)，測(cè)量裝置與時(shí)域解調(diào)裝置幾乎相同，只需把光強(qiáng)測(cè)量裝置換為CCD或者是光譜儀，接收到的信號(hào)是光強(qiáng)隨著光波長(zhǎng)的分布。由于時(shí)域解調(diào)中接收到的信號(hào)是一定范圍內(nèi)所有波長(zhǎng)的光強(qiáng)疊加，因此將頻譜信號(hào)中各個(gè)波長(zhǎng)的光強(qiáng)疊加，即可得到與它對(duì)應(yīng)的時(shí)域接收信號(hào)。由此可見，頻域的白光干涉條紋不僅包含了時(shí)域白光干涉條紋的所有信息，還包含了時(shí)域干涉條紋中沒有的波長(zhǎng)信息。在頻域干涉中，當(dāng)兩束相干光的光程差遠(yuǎn)大于光源的相干長(zhǎng)度時(shí)，仍可以在光譜儀上觀察到頻域干涉條紋。這是由于光譜儀內(nèi)部的光柵具有分光作用，能夠?qū)捵V光變成窄帶光譜，從而增加了光譜的相干長(zhǎng)度。這一解調(diào)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)就是在整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)中沒有使用機(jī)械掃描部件，從而在測(cè)量的穩(wěn)定性和可靠性上得到很大的提高。常見的頻域解調(diào)方法有峰峰值檢測(cè)法、傅里葉解調(diào)法以及傅里葉變換白光干涉解調(diào)法等。白光干涉膜厚儀需要校準(zhǔn)。國(guó)內(nèi)膜厚儀的用途和特點(diǎn)

增加光路長(zhǎng)度可以提高儀器分辨率，但同時(shí)也會(huì)更容易受到振動(dòng)等干擾，需要采取降噪措施。小型膜厚儀詳情

白光掃描干涉法可以避免色光相移干涉法測(cè)量的局限性。該方法利用白光作為光源，由于白光是一種寬光譜的光源，相干長(zhǎng)度相對(duì)較短，因此發(fā)生干涉的位置范圍很小。在白光干涉時(shí)，存在一個(gè)確定的零位置，當(dāng)測(cè)量光和參考光的光程相等時(shí)，所有波長(zhǎng)的光均會(huì)發(fā)生相長(zhǎng)干涉，此時(shí)可以觀察到一個(gè)明亮的零級(jí)條紋，同時(shí)干涉信號(hào)也達(dá)到最大值。通過分析這個(gè)干涉信號(hào)，可以得到被測(cè)物體的幾何形貌。白光掃描干涉術(shù)是通過測(cè)量干涉條紋來完成的，而干涉條紋的清晰度直接影響測(cè)試精度。因此，為了提高精度，需要更為復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)，這使得條紋的測(cè)量變得費(fèi)力費(fèi)時(shí)。小型膜厚儀詳情