針對微米級工業薄膜厚度測量,研究了基于寬光譜干涉的反射式法測量方法。根據薄膜干涉及光譜共聚焦原理,綜合考慮成本、穩定性、體積等因素要求,研制了滿足工業應用的小型薄膜厚度測量系統。根據波長分辨下的薄膜反射干涉光譜模型,結合經典模態分解和非均勻傅里葉變換思想,提出了一種基于相位功率譜分析的膜厚解算算法,能有效利用全光譜數據準確提取相位變化,對由環境噪聲帶來的假頻干擾,具有很好的抗干擾性。通過對PVC標準厚度片,PCB板芯片膜層及鍺基SiO2膜層的測量實驗對系統性能進行了驗證,結果表明測厚系統具有1~75μm厚度的測量量程,μm.的測量不確定度。由于無需對焦,可在10ms內完成單次測量,滿足工業級測量高效便捷的應用要求。 白光干涉膜厚測量技術可以應用于太陽能電池中的薄膜光學參數測量。膜厚儀產品使用誤區
在白光反射光譜探測模塊中,入射光經過分光鏡1分光后,一部分光通過物鏡聚焦到靶丸表面,靶丸殼層上、下表面的反射光經過物鏡、分光鏡1、聚焦透鏡、分光鏡2后,一部分光聚焦到光纖端面并到達光譜儀探測器,可實現靶丸殼層白光干涉光譜的測量,一部分光到達CCD探測器,可獲得靶丸表面的光學圖像。靶丸吸附轉位模塊和三維運動模塊分別用于靶丸的吸附定位以及靶丸特定角度轉位以及靶丸位置的輔助調整,測量過程中,將靶丸放置于軸系吸嘴前端,通過微型真空泵負壓吸附于吸嘴上;然后,移動位移平臺,將靶丸移動至CCD視場中心,通過Z向位移臺,使靶丸表面成像清晰;利用光譜儀探測靶丸殼層的白光反射光譜;靶丸在軸系的帶動下,平穩轉位到特定角度,由于軸系的回轉誤差,轉位后靶丸可能偏移CCD視場中心,此時可通過調整軸系前端的調心結構,使靶丸定點位于視場中心并采集其白光反射光譜;重復以上步驟,可實現靶丸特定位置或圓周輪廓白光反射光譜數據的測量。為減少外界干擾和震動而引起的測量誤差,該裝置放置于氣浮平臺上,通過高性能的隔振效果可保證測量結果的穩定性。 朝陽區高頻膜厚儀白光干涉膜厚測量技術可以實現對薄膜的大范圍測量和分析。
傅里葉變換是白光頻域解調方法中一種低精度的信號解調方法。早是由G.F.Fernando和T.Liu等人提出,用于低精度光纖法布里-珀羅傳感器的解調。因此,該解調方案的原理是通過傅里葉變換得到頻域的峰值頻率從而獲得光程差,進而得到待測物理量的信息。傅里葉變換解調方案的優點是解調速度較快,受干擾信號的影響較小。但是其測量精度較低。根據數字信號處理FFT(快速傅里葉變換)理論,若輸入光源波長范圍為[]λ1,λ2,則所測光程差的理論小分辨率為λ1λ2/(λ2?λ1),所以此方法主要應用于對解調精度要求不高的場合。傅里葉變換白光干涉法是對傅里葉變換法的改進。該方法總結起來就是對采集到的光譜信號做傅里葉變換,然后濾波、提取主頻信號后進行逆傅里葉變換,然后做對數運算,并取其虛部做相位反包裹運算,由獲得的相位得到干涉儀的光程差。該方法經過實驗證明其測量精度比傅里葉變換高。
白光掃描干涉法能免除色光相移干涉術測量的局限性。白光掃描干涉法采用白光作為光源,白光作為一種寬光譜的光源,相干長度較短,因此發生干涉的位置只能在很小的空間范圍內。而且在白光干涉時,有一個確切的零點位置。測量光和參考光的光程相等時,所有波段的光都會發生相長干涉,這時就能觀測到有一個很明亮的零級條紋,同時干涉信號也出現最大值,通過分析這個干涉信號,就能得到表面上對應數據點的相對高度,從而得到被測物體的幾何形貌。白光掃描干涉術是通過測量干涉條紋來完成的,而干涉條紋的清晰度直接影響測試精度。因此,為了提高精度,就需要更為復雜的光學系統,這使得條紋的測量變成一項費力又費時的工作。白光干涉膜厚測量技術可以通過對干涉曲線的分析實現對薄膜的光學參數和厚度分布的聯合測量和分析。
利用包絡線法計算薄膜的光學常數和厚度,但目前看來包絡法還存在很多不足,包絡線法需要產生干涉波動,要求在測量波段內存在多個干涉極值點,且干涉極值點足夠多,精度才高。理想的包絡線是根據聯合透射曲線的切點建立的,在沒有正確方法建立包絡線時,通常使用拋物線插值法建立,這樣造成的誤差較大。包絡法對測量對象要求高,如果薄膜較薄或厚度不足情況下,會造成干涉條紋減少,干涉波峰個數較少,要利用干涉極值點建立包絡線就越困難,且利用拋物線插值法擬合也很困難,從而降低該方法的準確度。其次,薄膜吸收的強弱也會影響該方法的準確度,對于吸收較強的薄膜,隨干涉條紋減少,極大值與極小值包絡線逐漸匯聚成一條曲線,該方法就不再適用。因此,包絡法適用于膜層較厚且弱吸收的樣品。白光干涉膜厚測量技術可以應用于材料科學中的薄膜微結構分析。新品膜厚儀推薦廠家
白光干涉膜厚測量技術可以通過對干涉曲線的分析實現對薄膜的光學參數測量。膜厚儀產品使用誤區
基于白光干涉光譜單峰值波長移動的鍺膜厚度測量方案研究:在對比研究目前常用的白光干涉測量方案的基礎上,我們發現當兩干涉光束的光程差非常小導致其干涉光譜只有一個干涉峰時,常用的基于兩相鄰干涉峰間距的解調方案不再適用。為此,我們提出了適用于極小光程差的基于干涉光譜單峰值波長移動的測量方案。干涉光譜的峰值波長會隨著光程差的增大出現周期性的紅移和藍移,當光程差在較小范圍內變化時,峰值波長的移動與光程差成正比。根據這一原理,搭建了光纖白光干涉溫度傳感系統對這一測量解調方案進行驗證,得到了光纖端面半導體鍺薄膜的厚度。實驗結果顯示鍺膜的厚度為,與臺階儀測量結果存在,這是因為薄膜表面本身并不光滑,臺階儀的測量結果只能作為參考值。鍺膜厚度測量誤差主要來自光源的波長漂移和溫度控制誤差。膜厚儀產品使用誤區
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