静安区高精度膜厚仪

干涉法与分光光度法都是利用相干光形成等厚干涉条纹的原理来确定薄膜厚度和折射率，然而与薄膜自发产生的等倾干涉不同，干涉法是通过设置参考光路，形成与测量光路间的干涉条纹，因此其相位信息包含两个部分，分别是由参考平面和测量平面间扫描高度引起的附加相位和由透明薄膜内部多次反射引起的膜厚相位。干涉法测量光路使用面阵CCD接收参考平面和测量平面间相干波面的干涉光强分布，不同于以上三种点测量方式，可一次性生成薄膜待测区域的表面形貌信息，但同时由于存在大量轴向扫描和数据解算，完成单次测量的时间相对较长。白光干涉膜厚测量技术可以实现对薄膜的在线检测和控制。静安区高精度膜厚仪

常用白光垂直扫描干涉系统的原理示意图，入射的白光光束通过半反半透镜进入到显微干涉物镜后，被分光镜分成两部分，一个部分入射到固定的参考镜，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通过分光镜后，再次汇聚发生干涉，干涉光通过透镜后，利用电荷耦合器(CCD)可探测整个视场内双白光光束的干涉图像。利用Z向精密位移台带动干涉镜头或样品台Z向扫描，可获得一系列的干涉图像。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，由CCD图像中每个像素点光强最大值对应的Z向位置获得被测样品表面的三维形貌。高频膜厚仪白光干涉膜厚测量技术可以对薄膜的各项光学参数进行联合测量和分析。

自1986年E.Wolf证明了相关诱导光谱的变化以来，人们在理论和实验上展开了讨论和研究。结果表明，动态的光谱位移可以产生新的滤波器，应用于光学信号处理和加密领域。在论文中，我们提出的基于白光干涉光谱单峰值波长移动的解调方案，可以用于当光程差非常小导致其干涉光谱只有一个干涉峰时的信号解调，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的时候，仍然可以观察到干涉条纹。出现这种现象的原因是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。当我们使用光谱仪来接收干涉光谱时，由于光谱仪光栅的分光作用，将宽光谱的白光变成了窄带光谱，从而使相干长度发生变化。

    薄膜作为改善器件性能的重要途径，被广泛应用于现代光学、电子、医疗、能源、建材等技术领域。受薄膜制备工艺及生产环境影响，成品薄膜存在厚度分布不均、表面粗糙度大等问题，导致其光学及物理性能达不到设计要求，严重影响成品的性能及应用。随着薄膜生产技术的迅速发展，准确测量和科学评价薄膜特性作为研究热点，也引起产业界的高度重视。厚度作为关键指标直接影响薄膜工作特性，合理监控薄膜厚度对于及时调整生产工艺参数、降低加工成本、提高生产效率及企业竞争力等具有重要作用和深远意义。然而，对于市场份额占比大的微米级工业薄膜，除要求测量系统不仅具有百纳米级的测量精度之外，还要求具备体积小、稳定性好的特点，以适应工业现场环境的在线检测需求。目前光学薄膜测厚方法仍无法兼顾高精度、轻小体积，以及合理的系统成本，而具备纳米级测量分辨力的商用薄膜测厚仪器往往价格昂贵、体积较大，且无法响应工业生产现场的在线测量需求。基于以上分析，本课题提出基于反射光谱原理的高精度工业薄膜厚度测量解决方案，研制小型化、低成本的薄膜厚度测量系统，并提出无需标定样品的高效稳定的膜厚计算算法。研发的系统可以实现微米级工业薄膜的厚度测量。 白光干涉膜厚测量技术可以应用于光学传感器中的薄膜厚度测量。

干涉测量法[9-10]是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。采用光学干涉原理的测量系统一般具有结构简单，成本低廉，稳定性好，抗干扰能力强，使用范围广等优点。对于大多数的干涉测量任务，都是通过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，来研究干涉装置中待测物理量引入的光程差或者是位相差的变化，从而达到测量目的。光学干涉测量方法的测量精度可达到甚至优于纳米量级，而利用外差干涉进行测量，其精度甚至可以达到10-3nm量级[11]。根据所使用光源的不同，干涉测量方法又可以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，但是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者是连续信号的变化，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，在薄膜厚度的测量中得到了广泛的应用。白光干涉膜厚测量技术可以应用于光学涂层中的薄膜反射率测量。膜厚仪行情

白光干涉膜厚测量技术的研究主要集中在实验方法的优化和算法的改进上。静安区高精度膜厚仪

    针对微米级工业薄膜厚度测量，研究了基于宽光谱干涉的反射式法测量方法。根据薄膜干涉及光谱共聚焦原理，综合考虑成本、稳定性、体积等因素要求，研制了满足工业应用的小型薄膜厚度测量系统。根据波长分辨下的薄膜反射干涉光谱模型，结合经典模态分解和非均匀傅里叶变换思想，提出了一种基于相位功率谱分析的膜厚解算算法，能有效利用全光谱数据准确提取相位变化，对由环境噪声带来的假频干扰，具有很好的抗干扰性。通过对PVC标准厚度片，PCB板芯片膜层及锗基SiO2膜层的测量实验对系统性能进行了验证，结果表明测厚系统具有1~75μm厚度的测量量程，μm.的测量不确定度。由于无需对焦，可在10ms内完成单次测量，满足工业级测量高效便捷的应用要求。 静安区高精度膜厚仪