高精度膜厚仪测量方法

傅里叶变换是白光频域解调方法中一种低精度的信号解调方法 。早是由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。因此，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，进而得到待测物理量的信息。傅里叶变换解调方案的优点是解调速度较快，受干扰信号的影响较小。但是其测量精度较低。根据数字信号处理FFT（快速傅里叶变换）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)，所以此方法主要应用于对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。该方法总结起来就是对采集到的光谱信号做傅里叶变换，然后滤波、提取主频信号后进行逆傅里叶变换，然后做对数运算，并取其虚部做相位反包裹运算，由获得的相位得到干涉仪的光程差。该方法经过实验证明其测量精度比傅里叶变换高。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；高精度膜厚仪测量方法

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。小型膜厚仪推荐白光干涉膜厚仪的应用非常广，特别是在半导体、光学、电子和化学等领域。

靶丸壳层折射率 、厚度及其分布参数是激光惯性约束聚变（ICF）物理实验中非常关键的参数，精密测量靶丸壳层折射率、厚度及其分布对ICF精密物理实验研究具有非常重要的意义。由于靶丸尺寸微小（亚毫米量级）、结构特殊（球形结构）、测量精度要求高，如何实现靶丸壳层折射率及其厚度分布的精密测量是靶参数测量技术研究中重要的研究内容。本论文针对靶丸壳层折射率及厚度分布的精密测量需求，开展了基于白光干涉技术的靶丸壳层折射率及厚度分布测量技术研究。

薄膜作为重要元件 ，通常使用金属、合金、化合物、聚合物等作为其主要基材，品类涵盖光学膜、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。部分薄膜经特殊工艺处理后还具有耐高温、耐腐蚀、耐磨损等特性，对通讯、显示、存储等领域内光学仪器的质量起决定性作用[1-3]，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，以及厚度为25~65微米的防伪标牌及拉线胶带等。微米级薄膜利用其良好的延展、密封、绝缘特性，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。白光干涉膜厚测量技术可以在不同环境下进行测量。

光谱拟合法易于测量具有应用领域 ，由于使用了迭代算法，因此该方法的优缺点在很大程度上取决于所选择的算法。随着各种全局优化算法的引入，遗传算法和模拟退火算法等新算法被用于薄膜参数的测量。其缺点是不够实用，该方法需要一个较好的薄膜的光学模型(包括色散系数、吸收系数、多层膜系统)，但是在实际测试过程中，薄膜的色散和吸收的公式通常不准确，尤其是对于多层膜体系，建立光学模型非常困难，无法用公式准确地表示出来。在实际应用中只能使用简化模型，因此，通常全光谱拟合法不如极值法有效。另外该方法的计算速度慢也不能满足快速计算的要求。白光干涉膜厚测量技术可以应用于电子工业中的薄膜电阻率测量；原装膜厚仪规格尺寸齐全

白光干涉膜厚测量技术可以实现对薄膜的快速测量和分析。高精度膜厚仪测量方法

光学测厚方法集光学 、机械、电子、计算机图像处理技术为一体，以其光波长为测量基准，从原理上保证了纳米级的测量精度。同时，光学测厚作为非接触式的测量方法，被广泛应用于精密元件表面形貌及厚度的无损测量。其中，薄膜厚度光学测量方法按光吸收、透反射、偏振和干涉等光学原理可分为分光光度法、椭圆偏振法、干涉法等多种测量方法。不同的测量方法，其适用范围各有侧重，褒贬不一。因此结合多种测量方法的多通道式复合测量法也有研究，如椭圆偏振法和光度法结合的光谱椭偏法，彩色共焦光谱干涉和白光显微干涉的结合法等。高精度膜厚仪测量方法