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。 白光干涉膜厚测量技术可以实现对薄膜的快速测量和分析。膜厚仪设备
自1986年E.Wolf证明了相关诱导光谱的变化以来,人们开始在理论和实验上进行探讨和研究。结果表明,动态的光谱位移可以产生新的滤波器,可应用于光学信号处理和加密领域。本文提出的基于白光干涉光谱单峰值波长移动的解调方案,可应用于当两光程差非常小导致干涉光谱只有一个干涉峰的信号解调,实现纳米薄膜厚度测量。在频域干涉中,当干涉光程差超过光源相干长度时,仍然可以观察到干涉条纹。这种现象是因为白光光源的光谱可以看成是许多单色光的叠加,每一列单色光的相干长度都是无限的。当使用光谱仪接收干涉光谱时,由于光谱仪光栅的分光作用,宽光谱的白光变成了窄带光谱,导致相干长度发生变化。国内膜厚仪技术指导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高和扩展。
干涉测量法是一种基于光的干涉原理实现对薄膜厚度测量的光学方法,是一种高精度的测量技术,其采用光学干涉原理的测量系统具有结构简单、成本低廉、稳定性高、抗干扰能力强、使用范围广等优点。对于大多数干涉测量任务,都是通过分析薄膜表面和基底表面之间产生的干涉条纹的形状和分布规律,来研究待测物理量引入的光程差或位相差的变化,从而实现测量目的。光学干涉测量方法的测量精度可达到甚至优于纳米量级,利用外差干涉进行测量,其精度甚至可以达到10^-3 nm量级。根据所使用的光源不同,干涉测量方法可分为激光干涉测量和白光干涉测量两大类。激光干涉测量的分辨率更高,但不能实现对静态信号的测量,只能测量输出信号的变化量或连续信号的变化,即只能实现相对测量。而白光干涉是通过对干涉信号中心条纹的有效识别来实现对物理量的测量,是一种测量方式,在薄膜厚度测量中得到了广泛的应用。
在对目前常用的白光干涉测量方案进行比较研究后发现,当两个干涉光束的光程差非常小导致干涉光谱只有一个峰时,基于相邻干涉峰间距的解调方案不再适用。因此,我们提出了一种基于干涉光谱单峰值波长移动的测量方案,适用于极小光程差。这种方案利用干涉光谱的峰值波长会随光程差变化而周期性地出现红移和蓝移,当光程差在较小范围内变化时,峰值波长的移动与光程差成正比。我们在光纤白光干涉温度传感系统上验证了这一测量方案,并成功测量出光纤端面半导体锗薄膜的厚度。实验表明,锗膜厚度为一定值,与台阶仪测量结果存在差异是由于薄膜表面本身并不光滑,台阶仪的测量结果只能作为参考值。误差主要来自光源的波长漂移和温度误差。白光干涉膜厚测量技术可以实现对薄膜的快速测量和分析;
在激光惯性约束核聚变实验中,靶丸的物性参数和几何参数是靶丸制备工艺改进和仿真模拟核聚变实验过程的基础,因此如何对靶丸多个参数进行高精度、同步、无损的综合检测是激光惯性约束核聚变实验中的关键问题。以上各种薄膜厚度及折射率的测量方法各有利弊,但针对本文实验,仍然无法满足激光核聚变技术对靶丸参数测量的高要求,靶丸参数测量存在以下问题:不能对靶丸进行破坏性切割测量,否则,被破坏后的靶丸无法用于于下一步工艺处理或者打靶实验;需要同时测得靶丸的多个参数,不同参数的单独测量,无法提供靶丸制备和核聚变反应过程中发生的结构变化现象和规律,并且效率低下、没有统一的测量标准。靶丸属于自支撑球形薄膜结构,曲面应力大、难展平的特点导致靶丸与基底不能完全贴合,在微区内可看作类薄膜结构。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高和扩展;微米级膜厚仪工厂
可测量大气压下薄膜厚度在1纳米到1毫米之间。膜厚仪设备
白光干涉的相干原理早在1975年就已经被提出,随后于1976年在光纤通信领域中获得了实现。1983年,BrianCulshaw的研究小组报道了白光干涉技术在光纤传感领域中的应用。随后在1984年,报道了基于白光干涉原理的完整的位移传感系统。该研究成果证明了白光干涉技术可以被用于测量能够转换成位移的物理参量。此后的几年间,白光干涉应用于温度、压力等的研究相继被报道。自上世纪九十年代以来,白光干涉技术快速发展,提供了实现测量的更多的解决方案。近几年以来,由于传感器设计与研制的进步,信号处理新方案的提出,以及传感器的多路复用等技术的发展,使得白光干涉测量技术的发展更加迅速。膜厚仪设备