白光干涉膜厚仪的原理

为限度提高靶丸内爆压缩效率，期望靶丸所有几何参数、物性参数均为理想球对称状态。因此，需要对靶丸壳层厚度分布进行精密的检测。靶丸壳层厚度常用的测量手法有X射线显微辐照法、激光差动共焦法、白光干涉法等。下面分别介绍了各个方法的特点与不足，以及各种测量方法的应用领域。白光干涉法以白光作为光源，宽光谱的白光准直后经分光棱镜分成两束光，一束光入射到固定参考镜。一束光入射到待测样品。由计算机控制压电陶瓷(PZT)沿Z轴方向进行扫描，当两路之间的光程差为零时，在分光棱镜汇聚后再次被分成两束，一束光通过光纤传输，并由光谱仪收集，另一束则被传递到CCD相机，用于样品观测。利用光谱分析算法对干涉信号图进行分析得到薄膜的厚度。该方法能应用靶丸壳层壁厚的测量，但是该测量方法需要已知靶丸壳层材料的折射率，同时，该方法也难以实现靶丸壳层厚度分布的测量。白光干涉膜厚测量技术可以通过对干涉图像的分析实现对薄膜的表面和内部结构的联合测量和分析。白光干涉膜厚仪的原理

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。白光干涉膜厚仪的原理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。

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对靶丸制备工艺改进和仿真模拟核聚变实验过程至关重要。然而，如何对靶丸多个参数进行同步、高精度、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。虽然已有多种薄膜厚度及折射率的测量方法，但仍然无法满足激光核聚变技术对靶丸参数测量的高要求。此外，靶丸的参数测量存在以下问题：不能对靶丸进行破坏性切割测量，否则被破坏的靶丸无法用于后续工艺处理或打靶实验；需要同时测得靶丸的多个参数，因为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的现象和规律，并且效率低下、没有统一的测量标准。由于靶丸属于自支撑球形薄膜结构，曲面应力大、难以展平，因此靶丸与基底不能完全贴合，可在微观区域内视作类薄膜结构。

白光反射光谱探测模块中，入射光经过分光镜1分光后，一部分光照射到靶丸表面，靶丸壳层上、下表面的反射光经物镜、分光镜1、聚焦透镜、分光镜2后，一部分光聚焦到光纤端面并到达光谱仪探测器，实现了靶丸壳层白光干涉光谱的测量。另一部分光到达CCD探测器，获得靶丸表面的光学图像。靶丸吸附转位模块和三维运动模块分别用于靶丸的吸附定位以及靶丸特定角度的转位和靶丸位置的调整。在测量过程中，将靶丸放置于轴系吸嘴前端，通过微型真空泵将其吸附于吸嘴上；然后，移动位移平台，将靶丸移动至CCD视场中心，Z向位移台可调整视场清晰度；利用光谱仪探测靶丸壳层的白光反射光谱；靶丸在轴系的带动下，平稳转动到特定角度，为消除轴系回转误差所带来的误差，可通过调整调心结构，使靶丸定点位于视场中心并采集其白光反射光谱。重复以上步骤，可实现靶丸特定位置或圆周轮廓白光反射光谱数据的测量。为减少外界干扰和震动所引起的测量误差，该装置放置于气浮平台上，通过高性能的隔振效果，保证了测量结果的稳定性。白光干涉膜厚测量技术可以在不同环境下进行测量。

利用包络线法计算薄膜的光学常数和厚度，但还存在很多不足，包络线法需要产生干涉波动，要求在测量波段内存在多个干涉极值点，且干涉极值点足够多，精度才高。理想的包络线是根据联合透射曲线的切点建立的，在没有正确方法建立包络线时，通常使用抛物线插值法建立，这样造成的误差较大。包络法对测量对象要求高，如果薄膜较薄或厚度不足情况下，会造成干涉条纹减少，干涉波峰个数较少，要利用干涉极值点建立包络线就越困难，且利用抛物线插值法拟合也很困难，从而降低该方法的准确度。其次，薄膜吸收的强弱也会影响该方法的准确度，对于吸收较强的薄膜，随干涉条纹减少，极大值与极小值包络线逐渐汇聚成一条曲线，该方法就不再适用。因此，包络法适用于膜层较厚且弱吸收的样品。白光干涉膜厚测量技术可以应用于激光加工中的薄膜吸收率测量。原装膜厚仪工厂

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。白光干涉膜厚仪的原理

干涉法和分光光度法都是基于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。不同于薄膜自发产生的等倾干涉，干涉法是通过设置参考光路来形成参考平面和测量平面间干涉条纹，因此其相位信息包含两个部分，分别是由扫描高度引起的附加相位和由薄膜内部多次反射引起的膜厚相位。干涉法的测量光路使用面阵CCD接收参考平面和测量平面间相干波面的干涉光强分布。与以上三种点测量方式不同，干涉法能够一次性生成薄膜待测区域的表面形貌信息，但因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。白光干涉膜厚仪的原理