微米级膜厚仪检测

白光干涉时域解调方案需要借助机械扫描部件带动干涉仪的反射镜移动，补偿光程差，实现对信号的解调。光纤白光干涉仪的两输出臂分别作为参考臂和测量臂，作用是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而增加了一个未知的光程，参考臂则通过移动反射镜来实现对测量臂引入的光程差的补偿。当干涉仪两臂光程差ΔL=0时，即两干涉光束为等光程的时候，出现干涉极大值，可以观察到中心零级干涉条纹，而这一现象与外界的干扰因素无关，因而可据此得到待测物理量的值。干扰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。外界环境的扰动会影响输出信号的强度，但是对零级干涉条纹的位置不会产生影响。随着技术的进步和应用领域的拓展，白光干涉膜厚仪的性能和功能将不断提升和扩展。微米级膜厚仪检测

在初始相位为零的情况下 ，当被测光与参考光之间的光程差为零时，光强度将达到最大值。为探测两个光束之间的零光程差位置，需要精密Z向运动台带动干涉镜头作垂直扫描运动或移动载物台，垂直扫描过程中，用探测器记录下干涉光强，可得白光干涉信号强度与Z向扫描位置（两光束光程差）之间的变化曲线。干涉图像序列中某波长处的白光信号强度随光程差变化示意图，曲线中光强极大值位置即为零光程差位置，通过零过程差位置的精密定位，即可实现样品表面相对位移的精密测量；通过确定最大值对应的Z向位置可获得被测样品表面的三维高度。测量膜厚仪企业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；

折射率分别为1．45和1．62的2块玻璃板，使其一端相接触，形成67的尖劈．将波长为550nm的单色光垂直投射在劈上，并在上方观察劈的干涉条纹，试求条纹间距。

我们可以分2种可能的情况来讨论：

一般玻璃的厚度可估计为1mm的量级，这个量级相对于光的波长550nm而言，应该算是膜厚e远远大于波长^的厚玻璃了，所以光线通过上玻璃板时应该无干涉现象，同理光线通过下玻璃板时也无干涉现象．空气膜厚度因劈角很小而很薄，与波长可比拟，所以光线通过空气膜应该有干涉现象，在空气膜的下表面处有一半波损失，故光程差应该为2n₂e+λ/2．

(2)假设玻璃板厚度的量级与可见光波长量级可比拟，当单色光垂直投射在劈尖上时，上玻璃板能满足形成薄膜干涉的条件，其光程差为2n2e+λ/2，下玻璃板也能满足形成薄膜于涉的条件，光程差为2n₁h+λ／2，但由于玻璃板膜厚均匀，h不变，人射角i=俨也不变，故玻璃板形成的薄膜干涉为等倾又等厚干涉条纹，要么玻璃板全亮，要么全暗，它不会影响空气劈尖干涉条纹的位置和条纹间距。空气劈尖干涉光程差仍为2n2e+λ/2，但玻璃板会影响劈尖干涉条纹的亮度对比度．

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。总结，白光干涉膜厚仪是一种应用广、具有高精度和可靠性的薄膜厚度测量仪器。

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。光路长度越长，仪器分辨率越高，但也越容易受到干扰因素的影响，需要采取降噪措施。微米级膜厚仪检测

白光干涉膜厚测量技术可以应用于光学元件制造中的薄膜厚度控制。微米级膜厚仪检测

采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。我们只需获得相邻的两干涉峰值处的波长信息即可得出光程差，不必关心此波长处的光强大小，从而降低数据处理的难度。也可以利用多组相邻的干涉光谱极值对应的波长来分别求出光程差，然后再求平均值作为测量光程差，这样可以提高该方法的测量精度。但是，峰峰值法存在着一些缺点：当使用宽带光源作为输入光源时，接收光谱中不可避免地叠加有与光源同分布的背景光，从而引起峰值处波长的改变，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的时候，此法便不再适用。微米级膜厚仪检测