測(cè)量薄膜厚度的方法 膜厚儀

白光干涉光譜分析是目前白光干涉測(cè)量的一個(gè)重要方向，此項(xiàng)技術(shù)主要是利用光譜儀將對(duì)條紋的測(cè)量轉(zhuǎn)變成為對(duì)不同波長(zhǎng)光譜的測(cè)量。通過(guò)分析被測(cè)物體的光譜特性，就能夠得到相應(yīng)的長(zhǎng)度信息和形貌信息。相比于白光掃描干涉術(shù)，它不需要大量的掃描過(guò)程，因此提高了測(cè)量效率，而且也減小了環(huán)境對(duì)它的影響。此項(xiàng)技術(shù)能夠測(cè)量距離、位移、塊狀材料的群折射率以及多層薄膜厚度。白光干涉光譜法是基于頻域干涉的理論，采用白光作為寬波段光源，經(jīng)過(guò)分光棱鏡，被分成兩束光，這兩束光分別入射到參考面和被測(cè)物體，反射回來(lái)后經(jīng)過(guò)分光棱鏡合成后，由色散元件分光至探測(cè)器，記錄頻域上的干涉信號(hào)。此光譜信號(hào)包含了被測(cè)表面的信息，如果此時(shí)被測(cè)物體是薄膜，則薄膜的厚度也包含在這光譜信號(hào)當(dāng)中。這樣就把白光干涉的精度和光譜測(cè)量的速度結(jié)合起來(lái)，形成了一種精度高而且速度快的測(cè)量方法。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展，白光干涉膜厚儀的性能和功能將得到進(jìn)一步提高。測(cè)量薄膜厚度的方法 膜厚儀

傅里葉變換是白光頻域解調(diào)方法中的一種低精度信號(hào)解調(diào)方法，起初由G.F.Fernando和T.Liu等人提出，用于低精度光纖法布里-珀羅傳感器的解調(diào)。該解調(diào)方案的原理是通過(guò)傅里葉變換得到頻域的峰值頻率從而獲得光程差，并得到待測(cè)物理量的信息。傅里葉變換解調(diào)方案的優(yōu)勢(shì)是解調(diào)速度快，受干擾信號(hào)影響較小，但精度不高。根據(jù)數(shù)字信號(hào)處理FFT理論，若輸入光源波長(zhǎng)范圍為[λ1,λ2]，則所測(cè)光程差的理論小分辨率為λ1λ2/(λ2-λ1)，因此該方法主要應(yīng)用于解調(diào)精度要求不高的場(chǎng)合。傅里葉變換白光干涉法是對(duì)傅里葉變換法的改進(jìn)。該方法總結(jié)起來(lái)是對(duì)采集到的光譜信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換，然后濾波、提取主頻信號(hào)，接著進(jìn)行逆傅里葉變換、對(duì)數(shù)運(yùn)算，之后取其虛部進(jìn)行相位反包裹運(yùn)算，從而通過(guò)得到的相位來(lái)獲得干涉儀的光程差。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，該方法測(cè)量精度比傅里葉變換方法更高。微米級(jí)膜厚儀找誰(shuí)白光干涉膜厚儀的應(yīng)用非常廣，特別是在半導(dǎo)體、光學(xué)、電子和化學(xué)等領(lǐng)域。

通過(guò)基于表面等離子體共振傳感的測(cè)量方案，結(jié)合共振曲線的三個(gè)特征參數(shù)，即共振角、半高寬和反射率小值，反演計(jì)算可以精確地得到待測(cè)金屬薄膜的厚度和介電常數(shù)。該方案操作簡(jiǎn)單，利用Kretschmann型結(jié)構(gòu)的表面等離子體共振實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)即可得到共振曲線，從而得到金膜的厚度。由于該方案為一種強(qiáng)度測(cè)量方案，受環(huán)境影響較大，測(cè)量結(jié)果存在多值性問(wèn)題，因此研究人員進(jìn)一步對(duì)偏振外差干涉的改進(jìn)方案進(jìn)行了理論分析，從P光和S光之間相位差的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)厚度測(cè)量。

白光干涉在零光程差處，出現(xiàn)零級(jí)干涉條紋，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，但也有許多相似之處。可以說(shuō)，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。白光干涉膜厚儀需要校準(zhǔn)。

折射率分別為1．45和1．62的2塊玻璃板，使其一端相接觸，形成67的尖劈．將波長(zhǎng)為550nm的單色光垂直投射在劈上，并在上方觀察劈的干涉條紋，試求條紋間距。

我們可以分2種可能的情況來(lái)討論：

一般玻璃的厚度可估計(jì)為1mm的量級(jí)，這個(gè)量級(jí)相對(duì)于光的波長(zhǎng)550nm而言，應(yīng)該算是膜厚e遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于波長(zhǎng)^的厚玻璃了，所以光線通過(guò)上玻璃板時(shí)應(yīng)該無(wú)干涉現(xiàn)象，同理光線通過(guò)下玻璃板時(shí)也無(wú)干涉現(xiàn)象．空氣膜厚度因劈角很小而很薄，與波長(zhǎng)可比擬，所以光線通過(guò)空氣膜應(yīng)該有干涉現(xiàn)象，在空氣膜的下表面處有一半波損失，故光程差應(yīng)該為2n₂e+λ/2．

(2)假設(shè)玻璃板厚度的量級(jí)與可見(jiàn)光波長(zhǎng)量級(jí)可比擬，當(dāng)單色光垂直投射在劈尖上時(shí)，上玻璃板能滿足形成薄膜干涉的條件，其光程差為2n2e+λ/2，下玻璃板也能滿足形成薄膜于涉的條件，光程差為2n₁h+λ／2，但由于玻璃板膜厚均勻，h不變，人射角i=儼也不變，故玻璃板形成的薄膜干涉為等傾又等厚干涉條紋，要么玻璃板全亮，要么全暗，它不會(huì)影響空氣劈尖干涉條紋的位置和條紋間距?？諝馀飧缮婀獬滩钊詾?n2e+λ/2，但玻璃板會(huì)影響劈尖干涉條紋的亮度對(duì)比度． 操作需要一定的專業(yè)基礎(chǔ)和經(jīng)驗(yàn)，需要進(jìn)行充分的培訓(xùn)和實(shí)踐。膜厚儀設(shè)備

操作之前需要專業(yè)技能和經(jīng)驗(yàn)的培訓(xùn)和實(shí)踐。測(cè)量薄膜厚度的方法 膜厚儀

基于表面等離子體共振傳感的測(cè)量方案，利用共振曲線的三個(gè)特征參量半高寬、—共振角和反射率小值，通過(guò)反演計(jì)算得到待測(cè)金屬薄膜的厚度。該測(cè)量方案可同時(shí)得到金屬薄膜的介電常數(shù)和厚度，操作方法簡(jiǎn)單。我們利用Kretschmann型結(jié)構(gòu)的表面等離子體共振實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，測(cè)得金膜在入射光波長(zhǎng)分別為632.8nm和652.1nm時(shí)的共振曲線，由此得到金膜的厚度為55.2nm。由于該方案是一種強(qiáng)度測(cè)量方案，測(cè)量精度受環(huán)境影響較大，且測(cè)量結(jié)果存在多值性的問(wèn)題，所以我們進(jìn)一步對(duì)偏振外差干涉的改進(jìn)方案進(jìn)行了理論分析，根據(jù)P光和S光之間相位差的變化實(shí)現(xiàn)厚度測(cè)量。測(cè)量薄膜厚度的方法 膜厚儀