自1986年E.Wolf證明了相關(guān)誘導(dǎo)光譜的變化以來 ，人們在理論和實驗上展開了討論和研究。結(jié)果表明，動態(tài)的光譜位移可以產(chǎn)生新的濾波器，應(yīng)用于光學(xué)信號處理和加密領(lǐng)域。在論文中，我們提出的基于白光干涉光譜單峰值波長移動的解調(diào)方案，可以用于當光程差非常小導(dǎo)致其干涉光譜只有一個干涉峰時的信號解調(diào)，實現(xiàn)納米薄膜厚度測量。在頻域干涉中，當干涉光程差超過光源相干長度的時候，仍然可以觀察到干涉條紋。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是白光光源的光譜可以看成是許多單色光的疊加，每一列單色光的相干長度都是無限的。當我們使用光譜儀來接收干涉光譜時，由于光譜儀光柵的分光作用，將寬光譜的白光變成了窄帶光譜，從而使相干長度發(fā)生變化。白光干涉膜厚測量技術(shù)可以實現(xiàn)對薄膜的快速測量和分析 。薄膜干涉膜厚儀常用解決方案
對同一靶丸相同位置進行白光垂直掃描干涉 ，圖4-3是靶丸的垂直掃描干涉示意圖，通過控制光學(xué)輪廓儀的運動機構(gòu)帶動干涉物鏡在垂直方向上的移動，從而測量到光線穿過靶丸后反射到參考鏡與到達基底直接反射回參考鏡的光線之間的光程差，顯然，當一束平行光穿過靶丸后，偏離靶丸中心越遠的光線，測量到的有效壁厚越大，其光程差也越大，但這并不表示靶丸殼層的厚度，當垂直穿過靶丸中心的光線測得的光程差才對應(yīng)靶丸的上、下殼層的厚度。國內(nèi)膜厚儀銷售價格增加光路長度可以提高儀器分辨率，但同時也會更容易受到振動等干擾，需要采取降噪措施。
光具有傳播的特性 ，不同波列在相遇的區(qū)域，振動將相互疊加，是各列光波獨自在該點所引起的振動矢量和。兩束光要發(fā)生干涉，應(yīng)必須滿足三個相干條件，即：頻率一致、振動方向一致、相位差穩(wěn)定一致。發(fā)生干涉的兩束光在一些地方振動加強，而在另一些地方振動減弱，產(chǎn)生規(guī)則的明暗交替變化。任何干涉測量都是完全建立在這種光波典型特性上的。下圖分別表示干涉相長和干涉相消的合振幅。與激光光源相比，白光光源的相干長度在幾微米到幾十微米內(nèi)，通常都很短，更為重要的是，白光光源產(chǎn)生的干涉條紋具有一個典型的特征：即條紋有一個固定不變的位置，該固定位置對應(yīng)于光程差為零的平衡位置，并在該位置白光輸出光強度具有最大值，并通過探測該光強最大值，可實現(xiàn)樣品表面位移的精密測量。此外，白光光源具有系統(tǒng)抗干擾能力強、穩(wěn)定性好且動態(tài)范圍大、結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉等優(yōu)點。因此，白光垂直掃描干涉、白光反射光譜等基于白光干涉的光學(xué)測量技術(shù)在薄膜三維形貌測量、薄膜厚度精密測量等領(lǐng)域得以廣泛應(yīng)用。
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。白光干涉膜厚測量技術(shù)的優(yōu)化需要對實驗方法和算法進行改進。
開展白光干涉理論分析 ，在此基礎(chǔ)詳細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、三維運動模塊、氣浮隔震平臺等幾部分組成，可實現(xiàn)靶丸的負壓吸附、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)。光路長度越長，分辨率越高，但同時也更容易受到靜態(tài)振動等干擾因素的影響。薄膜干涉膜厚儀
工作原理是基于膜層與底材反射率及相位差，通過測量反射光的干涉來計算膜層厚度。薄膜干涉膜厚儀常用解決方案
白光干涉的分析方法利用白光干涉感知空間位置的變化 ，從而得到被測物體的信息 。它是在單色光相移干涉術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的。單色光相移干涉術(shù)利用光路使參考光和被測表面的反射光發(fā)生干涉，再使用相移的方法調(diào)制相位，利用干涉場中光強的變化計算出其每個數(shù)據(jù)點的初始相位，但是這樣得到的相位是位于（-π，+π]間，所以得到的是不連續(xù)的相位。因此，需要進行相位展開使其變?yōu)檫B續(xù)相位。再利用高度與相位的信息求出被測物體的表面形貌。單色光相移法具有測量速度快、測量分辨力高、對背景光強不敏感等優(yōu)點。但是，由于單色光干涉無法確定干涉條紋的零級位置。因此，在相位解包裹中無法得到相位差的周期數(shù)，所以只能假定相位差不超過一個周期，相當于測試表面的相鄰高度不能超過四分之一波長[27]。這就限制了其測量的范圍，使它只能測試連續(xù)結(jié)構(gòu)或者光滑表面結(jié)構(gòu)。薄膜干涉膜厚儀常用解決方案