微米级膜厚仪常见问题

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。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。微米级膜厚仪常见问题

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。高速膜厚仪品牌企业可测量大气压下薄膜厚度在1纳米到1毫米之间。

极值法求解过程计算简单，速度快，同时能确定薄膜的多个光学常数并解决多值性问题，测试范围广，但没有考虑薄膜均匀性和基底色散的因素，因此精度不够高。此外，由于受曲线拟合精度的限制，该方法对膜厚的测量范围有要求，通常用于测量薄膜厚度大于200纳米且小于10微米的情况，以确保光谱信号中的干涉波峰数适当。全光谱拟合法是基于客观条件或基本常识来设置每个拟合参数上限、下限，并为该区域的薄膜生成一组或多组光学参数及厚度的初始值，引入适合的色散模型，再通过麦克斯韦方程组的推导得到结果。该方法能判断预设的初始值是否为要测量的薄膜参数，建立评价函数来计算透过率/反射率与实际值之间的偏差。只有当计算出的透过率/反射率与实际值之间的偏差很小时，我们才能认为预设的初始值就是要测量的薄膜参数。

常用的白光垂直扫描干涉系统的原理是：入射的白光光束通过半反半透镜进入到显微干涉物镜，被分光镜分成两部分，一部分入射到固定的参考镜，另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再次汇聚后，发生干涉，干涉光通过透镜后，利用电荷耦合器(CCD)探测双白光光束的干涉图像。通过Z向精密位移台带动干涉镜头或样品台Z向扫描，获得一系列干涉图像。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，通过CCD图像中每个像素点光强最大值对应的Z向位置，可测量被测样品表面的三维形貌。该系统具有高分辨率和高灵敏度等特点，广泛应用于微观表面形貌测量和薄膜厚度测量等领域。白光干涉膜厚测量技术可以对薄膜的厚度和形貌进行联合测量和分析。

白光干涉时域解调方案通过机械扫描部件驱动干涉仪的反射镜移动，补偿光程差，实现对信号的解调。该系统的基本结构如图2-1所示。光纤白光干涉仪的两个输出臂分别作为参考臂和测量臂，用于将待测的物理量转换为干涉仪两臂的光程差变化。测量臂因待测物理量的变化而增加未知光程差，参考臂则通过移动反射镜来补偿测量臂所引入的光程差。当干涉仪两臂光程差ΔL=0时，即两个干涉光束的光程相等时，将出现干涉极大值，观察到中心零级干涉条纹，这种现象与外界的干扰因素无关，因此可以利用它来获取待测物理量的值。会影响输出信号强度的因素包括：入射光功率、光纤的传输损耗、各端面的反射等。虽然外界环境的扰动会影响输出信号的强度，但对于零级干涉条纹的位置并不会造成影响。

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测量。原装膜厚仪厂家

白光干涉膜厚测量技术可以应用于电子显示器中的薄膜厚度测量。微米级膜厚仪常见问题

用峰峰值法处理光谱数据时，被测光程差的分辨率取决于光谱仪或CCD的分辨率。我们只需要获取相邻的两个干涉峰值处的波长信息，即可确定光程差，不必关心此波长处的光强大小，从而降低了数据处理难度。此外，也可以利用多组相邻干涉光谱极值对应的波长分别求出光程差，然后再求平均值作为测量结果，以提高该方法的测量精度。但是，峰峰值法存在着一些缺点：当使用宽带光源时，不可避免地会有与光源同分布的背景光叠加在接收光谱中，从而引起峰值处波长的改变，从而引入测量误差。同时，当两干涉信号之间的光程差很小，导致其干涉光谱只有一个干涉峰时，此法便不再适用。微米级膜厚仪常见问题