白光干涉膜厚仪主要功能与优势

白光干涉光谱分析是目前白光干涉测量的一个重要方向 ，此项技术主要是利用光谱仪将对条纹的测量转变成为对不同波长光谱的测量 。通过分析被测物体的光谱特性，就能够得到相应的长度信息和形貌信息。相比于白光扫描干涉术，它不需要大量的扫描过程，因此提高了测量效率，而且也减小了环境对它的影响。此项技术能够测量距离、位移、块状材料的群折射率以及多层薄膜厚度。白干干涉光谱法是基于频域干涉的理论，采用白光作为宽波段光源，经过分光棱镜，被分成两束光，这两束光分别入射到参考面和被测物体，反射回来后经过分光棱镜合成后，由色散元件分光至探测器，记录频域上的干涉信号。此光谱信号包含了被测表面的信息，如果此时被测物体是薄膜，则薄膜的厚度也包含在这光谱信号当中。这样就把白光干涉的精度和光谱测量的速度结合起来，形成了一种精度高而且速度快的测量方法。白光干涉膜厚测量技术可以实现对不同材料的薄膜进行测量；白光干涉膜厚仪主要功能与优势

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[44-45]。系统基本结构如图2-1所示。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。小型膜厚仪信赖推荐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。

对同一靶丸相同位置进行白光垂直扫描干涉 ，图4-3是靶丸的垂直扫描干涉示意图，通过控制光学轮廓仪的运动机构带动干涉物镜在垂直方向上的移动，从而测量到光线穿过靶丸后反射到参考镜与到达基底直接反射回参考镜的光线之间的光程差，显然，当一束平行光穿过靶丸后，偏离靶丸中心越远的光线，测量到的有效壁厚越大，其光程差也越大，但这并不表示靶丸壳层的厚度，当垂直穿过靶丸中心的光线测得的光程差才对应靶丸的上、下壳层的厚度。

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，例如超辐射发光二极管、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、温度、应变、位移等等测量领域已经得到广泛的应用。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。

本文主要研究了如何采用白光干涉法、表面等离子体共振法和外差干涉法来实现纳米级薄膜厚度的准确测量，研究对象为半导体锗和贵金属金两种材料。由于不同材料薄膜的特性差异，所适用的测量方法也会有所不同。对于折射率高，在通信波段（1550nm附近）不透明的半导体锗膜，采用白光干涉的测量方法；而对于厚度更薄的金膜，由于其折射率为复数，且具有表面等离子体效应，所以采用基于表面等离子体共振的测量方法会更合适。为了进一步提高测量精度，本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来检测P光与S光之间的相位差，以提高厚度测量的精度。膜厚仪的干涉测量能力较高，可以提供精确和可信的膜层厚度测量结果。膜厚仪的精度

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。白光干涉膜厚仪主要功能与优势

白光扫描干涉法能免除色光相移干涉术测量的局限性 。白光扫描干涉法采用白光作为光源，白光作为一种宽光谱的光源，相干长度较短，因此发生干涉的位置只能在很小的空间范围内。而且在白光干涉时，有一个确切的零点位置。测量光和参考光的光程相等时，所有波段的光都会发生相长干涉，这时就能观测到有一个很明亮的零级条纹，同时干涉信号也出现最大值，通过分析这个干涉信号，就能得到表面上对应数据点的相对高度，从而得到被测物体的几何形貌。白光扫描干涉术是通过测量干涉条纹来完成的，而干涉条纹的清晰度直接影响测试精度。因此，为了提高精度，就需要更为复杂的光学系统，这使得条纹的测量变成一项费力又费时的工作。白光干涉膜厚仪主要功能与优势