薄膜干涉膜厚仪原理

。白光干涉膜厚仪基于薄膜对白光的反射和透射产生干涉现象，通过测量干涉条纹的位置和间距来计算出薄膜的厚度。这种仪器在光学薄膜、半导体、涂层和其他薄膜材料的生产和研发过程中具有重要的应用价值。白光干涉膜厚仪的原理是基于薄膜对白光的干涉现象。当白光照射到薄膜表面时，部分光线会被薄膜反射，而另一部分光线会穿透薄膜并在薄膜内部发生多次反射和折射。这些反射和折射的光线会与原始入射光线产生干涉，形成干涉条纹。通过测量干涉条纹的位置和间距，可以推导出薄膜的厚度信息。白光干涉膜厚仪在光学薄膜领域具有广泛的应用。光学薄膜是一种具有特殊光学性质的薄膜材料，广泛应用于激光器、光学镜片、光学滤波器等光学元件中。通过白光干涉膜厚仪可以实现对光学薄膜厚度的精确测量，保证光学薄膜元件的光学性能。此外，白光干涉膜厚仪还可以用于半导体行业中薄膜材料的生产和质量控制，确保半导体器件的性能稳定和可靠性。白光干涉膜厚仪还可以应用于涂层材料的生产和研发过程中。涂层材料是一种在材料表面形成一层薄膜的工艺，用于增强材料的表面性能。通过白光干涉膜厚仪可以对涂层材料的厚度进行精确测量，保证涂层的均匀性和稳定性，提高涂层材料的质量和性能。白光干涉膜厚仪需要校准，标准样品的选择和使用至关重要。薄膜干涉膜厚仪原理

该文主要研究了以半导体锗和贵金属金两种材料为对象，实现纳米级薄膜厚度准确测量的可行性，主要涉及三种方法，分别是白光干涉法、表面等离子体共振法和外差干涉法。由于不同材料薄膜的特性不同，所适用的测量方法也不同。对于折射率高，在通信波段（1550nm附近）不透明的半导体锗膜，选择采用白光干涉的测量方法；而对于厚度更薄的金膜，其折射率为复数，且能够激发表面等离子体效应，因此采用基于表面等离子体共振的测量方法。为了进一步提高测量精度，论文还研究了外差干涉测量法，通过引入高精度的相位解调手段并检测P光和S光之间的相位差来提高厚度测量的精度。品牌膜厚仪增加光路长度可以提高仪器分辨率，但同时也会更容易受到振动等干扰，需要采取降噪措施。

光具有传播的特性，不同波列在相遇的区域，振动将相互叠加，是各列光波独自在该点所引起的振动矢量和。两束光要发生干涉，应必须满足三个相干条件，即：频率一致、振动方向一致、相位差恒定。发生干涉的两束光在一些地方振动加强，而在另一些地方振动减弱，产生规则的明暗交替变化。任何干涉测量都是完全建立在这种光波典型特性上的。下图分别表示干涉相长和干涉相消的合振幅。与激光光源相比，白光光源的相干长度在几微米到几十微米内，通常都很短，更为重要的是，白光光源产生的干涉条纹具有一个典型的特征：即条纹有一个固定不变的位置，该固定位置对应于光程差为零的平衡位置，并在该位置白光输出光强度具有最大值，并通过探测该光强最大值，可实现样品表面位移的精密测量。此外，白光光源具有系统抗干扰能力强、稳定性好且动态范围大、结构简单，成本低廉等优点。因此，白光垂直扫描干涉、白光反射光谱等基于白光干涉的光学测量技术在薄膜三维形貌测量、薄膜厚度精密测量等领域得以广泛应用。

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。

膜厚仪依赖于膜层和底部材料的反射率和相位差来实现这一目的。

白光干涉测量技术，也被称为光学低相干干涉测量技术，使用的是低相干的宽谱光源，例如发光二极管、超辐射发光二极管等。同所有的光学干涉原理一样，白光干涉同样是通过观察干涉图样的变化来分析干涉光程差的变化，进而通过各种解调方案实现对待测物理量的测量。采用宽谱光源的优点是由于白光光源的相干长度很小（一般为几微米到几十微米之间），所有波长的零级干涉条纹重合于主极大值，即中心条纹，与零光程差的位置对应。中心零级干涉条纹的存在使测量有了一个可靠的位置的参考值，从而只用一个干涉仪即可实现对被测物理量的测量，克服了传统干涉仪无法实现测量的缺点。同时，相比于其他测量技术,白光干涉测量方法还具有对环境不敏感、抗干扰能力强、测量的动态范围大、结构简单和成本低廉等优点。目前，经过几十年的研究与发展，白光干涉技术在膜厚、压力、应变、温度、位移等等测量领域已经得到广泛的应用。白光干涉膜厚仪是一种用来测量透明和平行表面薄膜厚度的仪器。原装膜厚仪产品基本性能要求

操作需要一定的专业技能和经验，需要进行充分的培训和实践。薄膜干涉膜厚仪原理

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。薄膜干涉膜厚仪原理