膜厚儀技術(shù)

白光干涉的相干原理早在1975年就已經(jīng)被提出 ，隨后于1976年在光纖通信領(lǐng)域中獲得了實(shí)現(xiàn)。1983年，BrianCulshaw的研究小組報(bào)道了白光干涉技術(shù)在光纖傳感領(lǐng)域中的應(yīng)用。隨后在1984年，報(bào)道了基于白光干涉原理的完整的位移傳感系統(tǒng)。該研究成果證明了白光干涉技術(shù)可以被用于測(cè)量能夠轉(zhuǎn)換成位移的物理參量。此后的幾年間，白光干涉應(yīng)用于溫度、壓力等的研究相繼被報(bào)道。自上世紀(jì)九十年代以來(lái)，白光干涉技術(shù)快速發(fā)展，提供了實(shí)現(xiàn)測(cè)量的更多的解決方案。近幾年以來(lái)，由于傳感器設(shè)計(jì)與研制的進(jìn)步，信號(hào)處理新方案的提出，以及傳感器的多路復(fù)用[39]等技術(shù)的發(fā)展，使得白光干涉測(cè)量技術(shù)的發(fā)展更加迅速。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。膜厚儀技術(shù)

自1986年E.Wolf證明了相關(guān)誘導(dǎo)光譜的變化以來(lái) ，人們?cè)诶碚摵蛯?shí)驗(yàn)上展開(kāi)了討論和研究。結(jié)果表明，動(dòng)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(hào)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(zhǎng)移動(dòng)的解調(diào)方案，可以用于當(dāng)光程差非常小導(dǎo)致其干涉光譜只有一個(gè)干涉峰時(shí)的信號(hào)解調(diào)，實(shí)現(xiàn)納米薄膜厚度測(cè)量。在頻域干涉中，當(dāng)干涉光程差超過(guò)光源相干長(zhǎng)度的時(shí)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(zhǎng)度都是無(wú)限的。當(dāng)我們使用光譜儀來(lái)接收干涉光譜時(shí)，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(zhǎng)度發(fā)生變化。膜厚儀檢測(cè)工作原理是基于膜層與底材反射率及相位差，通過(guò)測(cè)量反射光的干涉來(lái)計(jì)算膜層厚度。

目前 ，應(yīng)用的顯微干涉方式主要有Mirau顯微干涉和Michelson顯微干涉兩張方式。在Mirau型顯微干涉結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中物鏡和被測(cè)樣品之間有兩塊平板，一個(gè)是涂覆有高反射膜的平板作為參考鏡，另一塊涂覆半透半反射膜的平板作為分光棱鏡，由于參考鏡位于物鏡和被測(cè)樣品之間，從而使物鏡外殼更加緊湊，工作距離相對(duì)而言短一些，其倍率一般為10-50倍，Mirau顯微干涉物鏡參考端使用與測(cè)量端相同顯微物鏡，因此沒(méi)有額外的光程差。是常用的方法之一。

薄膜作為重要元件 ，通常使用金屬、合金、化合物、聚合物等作為其主要基材，品類涵蓋光學(xué)膜、電隔膜、阻隔膜、保護(hù)膜、裝飾膜等多種功能性薄膜，廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代光學(xué)、電子、醫(yī)療、能源、建材等技術(shù)領(lǐng)域。常用薄膜的厚度范圍從納米級(jí)到微米級(jí)不等。納米和亞微米級(jí)薄膜主要是基于干涉效應(yīng)調(diào)制的光學(xué)薄膜，包括各種增透增反膜、偏振膜、干涉濾光片和分光膜等。部分薄膜經(jīng)特殊工藝處理后還具有耐高溫、耐腐蝕、耐磨損等特性，對(duì)通訊、顯示、存儲(chǔ)等領(lǐng)域內(nèi)光學(xué)儀器的質(zhì)量起決定性作用[1-3]，如平面顯示器使用的ITO鍍膜，太陽(yáng)能電池表面的SiO2減反射膜等。微米級(jí)以上的薄膜以工農(nóng)業(yè)薄膜為主，多使用聚酯材料，具有易改性、可回收、適用范圍廣等特點(diǎn)。例如6微米厚度以下的電容器膜，20微米厚度以下的大部分包裝印刷用薄膜，25~38微米厚的建筑玻璃貼膜及汽車(chē)貼膜，以及厚度為25~65微米的防偽標(biāo)牌及拉線膠帶等。微米級(jí)薄膜利用其良好的延展、密封、絕緣特性，遍及食品包裝、表面保護(hù)、磁帶基材、感光儲(chǔ)能等應(yīng)用市場(chǎng)，加工速度快，市場(chǎng)占比高。白光干涉膜厚儀需要校準(zhǔn)。

為了分析白光反射光譜的測(cè)量范圍 ，開(kāi)展了不同壁厚的靶丸殼層白光反射光譜測(cè)量實(shí)驗(yàn)。圖是不同殼層厚度靶丸的白光反射光譜測(cè)量曲線，如圖所示，對(duì)于殼層厚度30μm的靶丸，其白光反射光譜各譜峰非常密集、干涉級(jí)次數(shù)值大；此外，由于靶丸殼層的吸收，壁厚較大的靶丸信號(hào)強(qiáng)度相對(duì)較弱。隨著靶丸殼層厚度的進(jìn)一步增加，其白光反射光譜各譜峰將更加密集，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)各干涉譜峰波長(zhǎng)的測(cè)量。為實(shí)現(xiàn)較大厚度靶丸殼層厚度的白光反射光譜測(cè)量，需采用紅外的寬譜光源和光譜探測(cè)器。對(duì)于殼層厚度為μm的靶丸，測(cè)量的波峰相對(duì)較少，容易實(shí)現(xiàn)靶丸殼層白光反射光譜譜峰波長(zhǎng)的準(zhǔn)確測(cè)量；隨著靶丸殼層厚度的進(jìn)一步減小，兩干涉信號(hào)之間的光程差差異非常小，以至于他們的光譜信號(hào)中只有一個(gè)干涉波峰，基于峰值探測(cè)的白光反射光譜方法難以實(shí)現(xiàn)其厚度的測(cè)量；為實(shí)現(xiàn)較小厚度靶丸殼層厚度的白光反射光譜測(cè)量，可采用紫外的寬譜光源和光譜探測(cè)器提升其探測(cè)厚度下限?？傊坠飧缮婺ず駜x是一種應(yīng)用很廣的測(cè)量薄膜厚度的儀器；膜厚儀技術(shù)

白光干涉膜厚測(cè)量技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)薄膜的非接觸式測(cè)量；膜厚儀技術(shù)

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)量裝置換為光譜儀或者是CCD ，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(jiàn)，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(méi)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(méi)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(jiàn)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。膜厚儀技術(shù)