纳米级膜厚仪

本章介绍了基于白光反射光谱和白光垂直扫描干涉联用的靶丸壳层折射率测量方法。该方法利用白光反射光谱测量靶丸壳层光学厚度，利用白光垂直扫描干涉技术测量光线通过靶丸壳层后的光程增量，结合起来即可得到靶丸的折射率和厚度数据。在实验数据处理方面，为解决白光干涉光谱中波峰位置难以精确确定和单极值点判读可能存在干涉级次误差的问题，提出了利用MATLAB曲线拟合确定极值点波长以及根据干涉级次连续性进行干涉级次判断的数据处理方法。通过应用碳氢(CH)薄膜进行实验验证，证明该方法具有较高的测量精度和可靠性。光路长度越长，分辨率越高，但同时也更容易受到静态振动等干扰因素的影响。纳米级膜厚仪

目前，常用的显微干涉方式主要有Mirau和Michelson两种方式。Mirau型显微干涉结构中，物镜和被测样品之间有两块平板，一块涂覆高反射膜的平板作为参考镜，另一块涂覆半透半反射膜的平板作为分光棱镜。由于参考镜位于物镜和被测样品之间，物镜外壳更加紧凑，工作距离相对较短，倍率一般为10-50倍。Mirau显微干涉物镜的参考端使用与测量端相同的显微物镜，因此不存在额外的光程差，因此是常用的显微干涉测量方法之一。Mirau显微干涉结构中，参考镜位于物镜和被测样品之间，且物镜外壳更加紧凑，工作距离相对较短，倍率一般为10-50倍。Mirau显微干涉物镜的参考端使用与测量端相同的显微物镜，因此不存在额外的光程差，同时该结构具有高分辨率和高灵敏度等特点，适用于微小样品的测量。因此，在生物医学、半导体工业等领域得到广泛应用。膜厚仪详情这种膜厚仪可以测量大气压下，1 nm到1mm范围内的薄膜厚度。

作为重要元件，薄膜通常以金属、合金、化合物、聚合物等为主要基材，品类涵盖了光学膜、电隔膜、阻隔膜、保护膜、装饰膜等多种功能性薄膜，广泛应用于现代光学、电子、医疗、能源、建材等技术领域。常用薄膜的厚度范围从纳米级到微米级不等。纳米和亚微米级薄膜主要是基于干涉效应调制的光学薄膜，包括各种增透增反膜、偏振膜、干涉滤光片和分光膜等。部分薄膜经过特殊工艺处理后还具有耐高温、耐腐蚀、耐磨损等特性，对于通讯、显示、存储等领域内光学仪器的质量起决定性作用，例如平面显示器使用的ITO镀膜、太阳能电池表面的SiO2减反射膜等。微米级以上的薄膜以工农业薄膜为主，多使用聚酯材料，具有易改性、可回收、适用范围广等特点。例如6微米厚度以下的电容器膜，20微米厚度以下的大部分包装印刷用薄膜，25~38微米厚的建筑玻璃贴膜及汽车贴膜，以及25~65微米厚度的防伪标牌及拉线胶带等。微米级薄膜利用其良好的延展性、密封性、绝缘性等特性遍及食品包装、表面保护、磁带基材、感光储能等应用市场，加工速度快，市场占比高。

通过基于表面等离子体共振传感的测量方案，结合共振曲线的三个特征参数，即共振角、半高宽和反射率小值，反演计算可以精确地得到待测金属薄膜的厚度和介电常数。该方案操作简单，利用Kretschmann型结构的表面等离子体共振实验系统即可得到共振曲线，从而得到金膜的厚度。由于该方案为一种强度测量方案，受环境影响较大，测量结果存在多值性问题，因此研究人员进一步对偏振外差干涉的改进方案进行了理论分析，从P光和S光之间相位差的变化来实现厚度测量。可测量大气压下薄膜厚度在1纳米到1毫米之间。

白光干涉光谱分析是目前白光干涉测量的一个重要方向。此项技术通过使用光谱仪将对条纹的测量转变为对不同波长光谱的测量，分析被测物体的光谱特性，得到相应的长度信息和形貌信息。与白光扫描干涉术相比，它不需要大量的扫描过程，因此提高了测量效率，并减小了环境对其影响。此项技术能够测量距离、位移、块状材料的群折射率以及多层薄膜厚度等。白光干涉光谱分析基于频域干涉的理论，采用白光作为宽波段光源，经过分光棱镜折射为两束光。这两束光分别经由参考面和被测物体入射，反射后再次汇聚合成，并由色散元件分光至探测器，记录频域干涉信号。这个光谱信号包含了被测表面信息，如果此时被测物体是薄膜，则薄膜的厚度也包含在光谱信号当中。白光干涉光谱分析将白光干涉和光谱测量的速度结合起来，形成了一种精度高且速度快的测量方法。该仪器的工作原理是通过测量反射光的干涉来计算膜层厚度，基于反射率和相位差。薄膜膜厚仪产品原理

Michelson干涉仪的光路长度是影响仪器精度的重要因素。纳米级膜厚仪

傅里叶变换是白光频域解调方法中的一种低精度信号解调方法，起初由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。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，并得到待测物理量的信息。傅里叶变换解调方案的优势是解调速度快，受干扰信号影响较小，但精度不高。根据数字信号处理FFT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)，因此该方法主要应用于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。该方法总结起来是对采集到的光谱信号进行傅里叶变换，然后滤波、提取主频信号，接着进行逆傅里叶变换、对数运算，之后取其虚部进行相位反包裹运算，从而通过得到的相位来获得干涉仪的光程差。经实验证明，该方法测量精度比傅里叶变换方法更高。纳米级膜厚仪