高性能膜厚仪

傅里叶变换是白光频域解调方法中一种低精度的信号解调方法。早是由G.F.Fernando和T.Liu等人提出，用于低精度光纤法布里-珀罗传感器的解调。因此，该解调方案的原理是通过傅里叶变换得到频域的峰值频率从而获得光程差，进而得到待测物理量的信息。傅里叶变换解调方案的优点是解调速度较快，受干扰信号的影响较小。但是其测量精度较低。根据数字信号处理FFT（快速傅里叶变换）理论，若输入光源波长范围为λ1,λ2，则所测光程差的理论小分辨率为λ1λ2/(λ2−λ1)，所以此方法主要应用于对解调精度要求不高的场合。傅里叶变换白光干涉法是对傅里叶变换法的改进。该方法总结起来就是对采集到的光谱信号做傅里叶变换，然后滤波、提取主频信号后进行逆傅里叶变换，然后做对数运算，并取其虚部做相位反包裹运算，由获得的相位得到干涉仪的光程差。该方法经过实验证明其测量精度比傅里叶变换高。白光干涉膜厚测量技术的精度可以达到纳米级别。高性能膜厚仪

常用的白光垂直扫描干涉系统的原理是：入射的白光光束通过半反半透镜进入到显微干涉物镜，被分光镜分成两部分，一部分入射到固定的参考镜，另一部分入射到样品表面，当参考镜表面和样品表面的反射光再次汇聚后，发生干涉，干涉光通过透镜后，利用电荷耦合器(CCD)探测双白光光束的干涉图像。通过Z向精密位移台带动干涉镜头或样品台Z向扫描，获得一系列干涉图像。根据干涉图像序列中对应点的光强随光程差变化曲线，可得该点的Z向相对位移；然后，通过CCD图像中每个像素点光强最大值对应的Z向位置，可测量被测样品表面的三维形貌。该系统具有高分辨率和高灵敏度等特点，广泛应用于微观表面形貌测量和薄膜厚度测量等领域。光干涉膜厚仪使用方法白光干涉膜厚测量技术可以对不同材料的薄膜进行联合测量和分析。

白光干涉法和激光光源相比具有短相干长度的特点，使得两束光只有在光程差非常小的情况下才能发生干涉，因此不会产生干扰条纹。同时，白光干涉产生的干涉条纹具有明显的零光程差位置，避免了干涉级次不确定的问题。本文基于白光干涉原理对单层透明薄膜厚度测量进行了研究，特别是对厚度小于光源相干长度的薄膜进行了探究。文章首先详细阐述了白光干涉原理和薄膜测厚原理，然后在金相显微镜的基础上构建了一种型垂直白光扫描系统，作为实验中测试薄膜厚度的仪器，并利用白光干涉原理对位移量进行了标定。

薄膜干涉原理根据薄膜干涉原理…，当波长为^的单色光以人射角f从折射率为n．的介质入射到折射率为n：、厚度为e的介质膜面(见图1)时，干涉明、暗纹条件为：

2e(n₂²一n₁²sin2i)1/2＋δ’=kλ，k=1,2,3,4,5...(1)

2e(n₂²一n₁²sin2i)1/2＋δ’=（2k＋1）λ/2，k=0，1,2,3,4...（2）

E式中k为干涉条纹级次；δ’为半波损失．

普通物理教材中讨论薄膜干涉问题时，均近似地认为，δ’是指入射光波在光疏介质中前进，遇到光密介质i的界面时，在不超过临界角的条件下，不论人射角的大小如何，在反射过程中都将产生半个波长的损失(严格地说， 只在掠射和正射情况下反射光的振动方向与入射光的振动方向才几乎相反)，故δ’是否存在决定于n1,n2,n3大小的比较。当膜厚e一定，而入射角j可变时，干涉条纹级次^随f而变，即同样的人射角‘对应同一级明纹(或暗纹)，叫等倾干涉，如以不同的入射角入射到平板介质上．当入射角￡一定，而膜厚。可变时，干涉条纹级次随。而变，即同样的膜厚e对应同一级明纹(或暗纹)。叫等厚干涉，如劈尖干涉和牛顿环． 随着技术的进步和应用领域的拓展，白光干涉膜厚仪的性能和功能将不断提升和扩展。

薄膜是一种特殊的二维材料，由分子、原子或离子沉积在基底表面形成。近年来，随着材料科学和镀膜技术的不断发展，厚度在纳米量级（几纳米到几百纳米范围内）的薄膜研究和应用迅速增加。与体材料相比，纳米薄膜的尺寸很小，表面积与体积的比值增大，因而表面效应所表现出来的性质非常突出，对于光学性质和电学性质等具有许多独特的表现。纳米薄膜在传统光学领域中的应用越来越广，尤其是在光通讯、光学测量、传感、微电子器件、医学工程等领域有更为广阔的应用前景。白光干涉膜厚测量技术可以实现对薄膜内部结构的测量。光干涉膜厚仪使用方法

白光干涉膜厚测量技术可以通过对干涉曲线的分析实现对薄膜的光学参数和厚度分布的联合测量和分析。高性能膜厚仪

光纤白光干涉测量使用的是宽谱光源。在选择光源时，需要重点考虑光源的输出光功率和中心波长的稳定性。由于本文所设计的解调系统是通过测量干涉峰值的中心波长移动来实现的，因此光源中心波长的稳定性对实验结果会产生很大的影响。实验中我们选择使用由INPHENIX公司生产的SLED光源，相对于一般的宽带光源具有输出功率高、覆盖光谱范围宽等优点。该光源采用+5V的直流供电，标定中心波长为1550nm，且其输出功率在一定范围内可调。驱动电流可以达到600mA。高性能膜厚仪