在對目前常用的白光干涉測量方案進行比較研究后發現,當兩個干涉光束的光程差非常小導致干涉光譜只有一個峰時,基于相鄰干涉峰間距的解調方案不再適用。因此,我們提出了一種基于干涉光譜單峰值波長移動的測量方案,適用于極小光程差。這種方案利用干涉光譜的峰值波長會隨光程差變化而周期性地出現紅移和藍移,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。我們在光纖白光干涉溫度傳感系統上驗證了這一測量方案,并成功測量出光纖端面半導體鍺薄膜的厚度。實驗表明,鍺膜厚度為一定值,與臺階儀測量結果存在差異是由于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。誤差主要來自光源的波長漂移和溫度誤差。白光干涉膜厚測量技術可以應用于光學元件制造中的薄膜厚度控制;光干涉膜厚儀生產廠家哪家好
由于不同性質和形態的薄膜對測量量程和精度的需求不相同,因此多種測量方法各有優缺點,難以籠統評估。測量特點總結如表1-1所示,針對薄膜厚度不同,適用的測量方法分別為橢圓偏振法、分光光度法、共聚焦法和干涉法。對于小于1μm的薄膜,白光干涉輪廓儀的測量精度較低,分光光度法和橢圓偏振法較為適用;而對于小于200nm的薄膜,橢圓偏振法結果更可靠,因為透過率曲線缺少峰谷值。光學薄膜厚度測量方案目前主要集中于測量透明或半透明薄膜。通過使用不同的解調技術處理白光干涉的圖樣,可以得到待測薄膜厚度。本章詳細研究了白光干涉測量技術的常用解調方案、解調原理及其局限性,并得出了基于兩個相鄰干涉峰的白光干涉解調方案不適用于極短光程差測量的結論。在此基礎上,提出了一種基于干涉光譜單峰值波長移動的白光干涉測量解調技術。光干涉膜厚儀生產廠家哪家好白光干涉膜厚測量技術可以實現對不同材料的薄膜進行測量;
白光干涉頻域解調顧名思義是在頻域分析解調信號,測量裝置與時域解調裝置幾乎相同,只需把光強測量裝置換為CCD或者是光譜儀,接收到的信號是光強隨著光波長的分布。由于時域解調中接收到的信號是一定范圍內所有波長的光強疊加,因此將頻譜信號中各個波長的光強疊加,即可得到與它對應的時域接收信號。由此可見,頻域的白光干涉條紋不僅包含了時域白光干涉條紋的所有信息,還包含了時域干涉條紋中沒有的波長信息。在頻域干涉中,當兩束相干光的光程差遠大于光源的相干長度時,仍可以在光譜儀上觀察到頻域干涉條紋。這是由于光譜儀內部的光柵具有分光作用,能夠將寬譜光變成窄帶光譜,從而增加了光譜的相干長度。這一解調技術的優點就是在整個測量系統中沒有使用機械掃描部件,從而在測量的穩定性和可靠性上得到很大的提高。常見的頻域解調方法有峰峰值檢測法、傅里葉解調法以及傅里葉變換白光干涉解調法等。
常用白光垂直掃描干涉系統的原理:入射的白光光束通過半反半透鏡進入到顯微干涉物鏡后,被分光鏡分成兩部分,一個部分入射到固定的參考鏡,一部分入射到樣品表面,當參考鏡表面和樣品表面的反射光通過分光鏡后,再次匯聚產生干涉條紋,干涉光通過透鏡后,利用電荷耦合器(CCD)可探測整個視場內雙白光光束的干涉圖像。利用Z向精密位移臺帶動干涉鏡頭或樣品臺Z向掃描,可獲得一系列的干涉圖像。根據干涉圖像序列中對應點的光強隨光程差變化曲線,可得該點的Z向相對位移;然后,由CCD圖像中每個像素點光強最大值對應的Z向位置獲得被測樣品表面的三維形貌。精度高的白光干涉膜厚儀通常采用Michelson干涉儀的結構。
用峰峰值法處理光譜數據時,被測光程差的分辨率取決于光譜儀或CCD的分辨率。我們只需要獲取相鄰的兩個干涉峰值處的波長信息,即可確定光程差,不必關心此波長處的光強大小,從而降低了數據處理難度。此外,也可以利用多組相鄰干涉光譜極值對應的波長分別求出光程差,然后再求平均值作為測量結果,以提高該方法的測量精度。但是,峰峰值法存在著一些缺點:當使用寬帶光源時,不可避免地會有與光源同分布的背景光疊加在接收光譜中,從而引起峰值處波長的改變,從而引入測量誤差。同時,當兩干涉信號之間的光程差很小,導致其干涉光譜只有一個干涉峰時,此法便不再適用。白光干涉膜厚測量技術的優化需要對實驗方法和算法進行改進。薄膜干涉膜厚儀行情
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自上世紀60年代起,利用X及β射線、近紅外光源開發的在線薄膜測厚系統廣泛應用于西方先進國家的工業生產線中。到20世紀70年代后,為滿足日益增長的質檢需求,電渦流、電磁電容、超聲波、晶體振蕩等多種膜厚測量技術相繼問世。90年代中期,隨著離子輔助、離子束濺射、磁控濺射、凝膠溶膠等新型薄膜制備技術取得巨大突破,以橢圓偏振法和光度法為展示的光學檢測技術以高精度、低成本、輕便環保、高速穩固為研發方向不斷迭代更新,迅速占領日用電器及工業生產市場,并發展出依據用戶需求個性化定制產品的能力。其中,對于市場份額占比較大的微米級薄膜,除要求測量系統不僅具有百納米級的測量準確度及分辨力以外,還要求測量系統在存在不規則環境干擾的工業現場下,具備較高的穩定性和抗干擾能力。光干涉膜厚儀生產廠家哪家好