微米级膜厚仪检测

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。通过测量反射光的干涉来计算膜层厚度，利用膜层与底材的反射率和相位差来实现测量。微米级膜厚仪检测

作为重要元件，薄膜通常以金属、合金、化合物、聚合物等为主要基材，品类涵盖了光学膜、电隔膜、阻隔膜、保护膜、装饰膜等多种功能性薄膜，广泛应用于现代光学、电子、医疗、能源、建材等技术领域。常用薄膜的厚度范围从纳米级到微米级不等。纳米和亚微米级薄膜主要是基于干涉效应调制的光学薄膜，包括各种增透增反膜、偏振膜、干涉滤光片和分光膜等。部分薄膜经过特殊工艺处理后还具有耐高温、耐腐蚀、耐磨损等特性，对于通讯、显示、存储等领域内光学仪器的质量起决定性作用，例如平面显示器使用的ITO镀膜、太阳能电池表面的SiO2减反射膜等。微米级以上的薄膜以工农业薄膜为主，多使用聚酯材料，具有易改性、可回收、适用范围广等特点。例如6微米厚度以下的电容器膜，20微米厚度以下的大部分包装印刷用薄膜，25~38微米厚的建筑玻璃贴膜及汽车贴膜，以及25~65微米厚度的防伪标牌及拉线胶带等。微米级薄膜利用其良好的延展性、密封性、绝缘性等特性遍及食品包装、表面保护、磁带基材、感光储能等应用市场，加工速度快，市场占比高。小型膜厚仪常用解决方案该仪器的工作原理是通过测量反射光的干涉来计算膜层厚度，基于反射率和相位差。

光镜和参考板组成，光源发出的光经过显微镜后被分光棱镜分成两部分，一束作为参考光入射到参考镜并反射，另一束作为测量光入射到样品表面被反射，两束反射光反射到分光棱镜并发生干涉。由于实验中需要调节样品与被测样品的角度，以便更好进行测量，5XMichelson型干涉物镜可以通过其配置的两个旋钮进行调节，旋钮能够在较大的范围内调节参考镜角度，可以调节到理想角度。光纤在测试系统中负责传光，将显微镜视场干涉信号传输到微型光谱仪。系统选用光纤为海洋光学公司生产的高级光纤组件，光纤连接线的内层为硅树脂包裹的单线钢圈，外层为诺梅克斯编织物，以求更好地减轻应力并起到有效的保护作用。该组件末段是易于操作的金属环---高精密度的SMA连接器。光纤一端与适配器连接，另一端与微型光谱仪连接，以将干涉光信号传入光谱仪中。

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。当光路长度增加，仪器的分辨率越高，也越容易受到静态振动等干扰因素的影响，需采取一些减小噪声的措施。

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。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。国内膜厚仪出厂价

可测量大气压下薄膜厚度在1纳米到1毫米之间。微米级膜厚仪检测

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。微米级膜厚仪检测