白光干涉测量技术,也称为光学低相干干涉测量技术,使用的是低相干的宽谱光源,如超辐射发光二极管、发光二极管等。与所有光学干涉原理一样,白光干涉也是通过观察干涉图案变化来分析干涉光程差变化,并通过各种解调方案实现对待测物理量的测量。采用宽谱光源的优点是,由于白光光源的相干长度很小(一般为几微米到几十微米之间),所有波长的零级干涉条纹重合于主极大值,即中心条纹,与零光程差的位置对应。因此,中心零级干涉条纹的存在为测量提供了一个可靠的位置参考,只需一个干涉仪即可进行待测物理量的测量,克服了传统干涉仪不能进行测量的缺点。同时,相对于其他测量技术,白光干涉测量方法还具有环境不敏感、抗干扰能力强、动态范围大、结构简单和成本低廉等优点。经过几十年的研究与发展,白光干涉技术在膜厚、压力、温度、应变、位移等领域已得到广泛应用。总的来说,白光干涉膜厚仪是一种应用很广的测量薄膜厚度的仪器。膜厚仪测量范围
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. 薄膜干涉膜厚仪工厂白光干涉膜厚仪广泛应用于半导体、光学、电子、化学等领域,为研究和开发提供了有力的手段。
本文研究的锗膜厚度约为300nm,导致白光干涉输出的光谱只有一个干涉峰,无法采用常规的基于相邻干涉峰间距解调的方案,如峰峰值法等。为此,研究人员提出了一种基于单峰值波长移动的白光干涉测量方案,并设计制作了膜厚测量系统。经实验证明,峰值波长和温度变化之间存在很好的线性关系。利用该方案,研究人员成功测量了实验用锗膜的厚度为338.8nm,实验误差主要源于温度控制误差和光源波长漂移。该论文通过对纳米级薄膜厚度测量方案的研究,实现了对锗膜和金膜厚度的测量,并主要创新点在于提出了基于白光干涉单峰值波长移动的解调方案,并将其应用于极短光程差的测量。
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。Michelson干涉仪的光路长度决定了仪器的精度。
通过白光干涉理论分析,详细介绍了白光垂直扫描干涉技术和白光反射光谱技术的基本原理,并完成了应用于测量靶丸壳层折射率和厚度分布实验装置的设计和搭建。该实验装置由白光反射光谱探测模块、靶丸吸附转位模块、三维运动模块和气浮隔震平台等组成,能够实现对靶丸的负压吸附、靶丸位置的精密调整以及360°范围的旋转和特定角度下靶丸壳层白光反射光谱的测量。基于白光垂直扫描干涉和白光反射光谱的基本原理,提出了一种联合使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,从而可以计算得到靶丸的折射率和厚度数据。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。苏州膜厚仪供应链
精度高的白光干涉膜厚仪通常采用Michelson干涉仪的结构。膜厚仪测量范围
由于不同性质和形态的薄膜对系统的测量量程和精度的需求不相同,因而多种测量方法各有优缺,难以一概而论。将各测量特点总结所示,按照薄膜厚度的增加,适用的测量方式分别为椭圆偏振法、分光光度法、共聚焦法和干涉法。对于小于1μm的较薄薄膜,白光干涉轮廓仪的测量精度较低,分光光度法和椭圆偏振法较适合。而对于小于200nm的薄膜,由于透过率曲线缺少峰谷值,椭圆偏振法结果更加可靠。基于白光干涉原理的光学薄膜厚度测量方案目前主要集中于测量透明或者半透明薄膜,通过使用不同的解调技术处理白光干涉的图样,得到待测薄膜厚度。本章在详细研究白光干涉测量技术的常用解调方案、解调原理及其局限性的基础上,分析得到了常用的基于两个相邻干涉峰的白光干涉解调方案不适用于极短光程差测量的结论。在此基础上,我们提出了基于干涉光谱单峰值波长移动的白光干涉测量解调技术。膜厚仪测量范围