與激光光源相比以白光的寬光譜光源由于具有短相干長(cháng)度的特點(diǎn)使得兩光束只有在光程差極小的情況下才能發(fā)生干涉因此不會(huì )產(chǎn)生干擾條紋。同時(shí)由于白光干涉產(chǎn)生的干涉條紋具有明顯的零光程差位置避免了干涉級次不確定的問(wèn)題。本文以白光干涉原理為理論基礎對單層透明薄膜厚度測量尤其對厚度小于光源相干長(cháng)度的薄膜厚度測量進(jìn)行了研究。首先從白光干涉測量薄膜厚度的原理出發(fā)、分別詳細闡述了白光干涉原理和薄膜測厚原理。接著(zhù)在金相顯微鏡的基礎上構建了型垂直白光掃描系統作為實(shí)驗中測試薄膜厚度的儀器并利用白光干涉原理對的位移量進(jìn)行了標定。白光干涉膜厚測量技術(shù)可以通過(guò)對干涉曲線(xiàn)的分析實(shí)現對薄膜的光學(xué)參數和厚度分布的聯(lián)合測量和分析。靜安區原裝膜厚儀
自上世紀60年代起，利用X及β射線(xiàn)、近紅外光源開(kāi)發(fā)的在線(xiàn)薄膜測厚系統廣泛應用于西方先進(jìn)國家的工業(yè)生產(chǎn)線(xiàn)中。20世紀70年代后，為滿(mǎn)足日益增長(cháng)的質(zhì)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(shù)相繼問(wèn)世。90年代中期，隨著(zhù)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(shù)取得巨大突破，以橢圓偏振法和光度法為展示的光學(xué)檢測技術(shù)以高精度、低成本、輕便環(huán)保、高速穩固為研發(fā)方向不斷迭代更新，迅速占領(lǐng)日用電器及工業(yè)生產(chǎn)市場(chǎng)，并發(fā)展出依據用戶(hù)需求個(gè)性化定制產(chǎn)品的能力。其中，對于市場(chǎng)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(huán)境干擾的工業(yè)現場(chǎng)下，具備較高的穩定性和抗干擾能力。新型膜厚儀產(chǎn)品使用誤區白光干涉膜厚測量技術(shù)可以通過(guò)對干涉曲線(xiàn)的分析實(shí)現對薄膜的光學(xué)參數測量。
光具有傳播的特性，不同波列在相遇的區域，振動(dòng)將相互疊加，是各列光波獨自在該點(diǎn)所引起的振動(dòng)矢量和。兩束光要發(fā)生干涉，應必須滿(mǎn)足三個(gè)相干條件，即：頻率一致、振動(dòng)方向一致、相位差穩定一致。發(fā)生干涉的兩束光在一些地方振動(dòng)加強，而在另一些地方振動(dòng)減弱，產(chǎn)生規則的明暗交替變化。任何干涉測量都是完全建立在這種光波典型特性上的。下圖分別表示干涉相長(cháng)和干涉相消的合振幅。與激光光源相比，白光光源的相干長(cháng)度在幾微米到幾十微米內，通常都很短，更為重要的是，白光光源產(chǎn)生的干涉條紋具有一個(gè)典型的特征：即條紋有一個(gè)固定不變的位置，該固定位置對應于光程差為零的平衡位置，并在該位置白光輸出光強度具有最大值，并通過(guò)探測該光強最大值，可實(shí)現樣品表面位移的精密測量。此外，白光光源具有系統抗干擾能力強、穩定性好且動(dòng)態(tài)范圍大、結構簡(jiǎn)單，成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。因此，白光垂直掃描干涉、白光反射光譜等基于白光干涉的光學(xué)測量技術(shù)在薄膜三維形貌測量、薄膜厚度精密測量等領(lǐng)域得以廣泛應用。
白光干涉的分析方法利用白光干涉感知空間位置的變化，從而得到被測物體的信息。它是在單色光相移干涉術(shù)的基礎上發(fā)展而來(lái)的。單色光相移干涉術(shù)利用光路使參考光和被測表面的反射光發(fā)生干涉，再使用相移的方法調制相位，利用干涉場(chǎng)中光強的變化計算出其每個(gè)數據點(diǎn)的初始相位，但是這樣得到的相位是位于（-π，+π]間，所以得到的是不連續的相位。因此，需要進(jìn)行相位展開(kāi)使其變?yōu)檫B續相位。再利用高度與相位的信息求出被測物體的表面形貌。單色光相移法具有測量速度快、測量分辨力高、對背景光強不敏感等優(yōu)點(diǎn)。但是，由于單色光干涉無(wú)法確定干涉條紋的零級位置。因此，在相位解包裹中無(wú)法得到相位差的周期數，所以只能假定相位差不超過(guò)一個(gè)周期，相當于測試表面的相鄰高度不能超過(guò)四分之一波長(cháng)[27]。這就限制了其測量的范圍，使它只能測試連續結構或者光滑表面結構。白光干涉膜厚測量技術(shù)可以應用于電子顯示器中的薄膜厚度測量。
光纖白光干涉測量使用的是寬譜光源。光源的輸出光功率和中心波長(cháng)的穩定性是光源選取時(shí)需要重點(diǎn)考慮的參數。論文所設計的解調系統是通過(guò)檢測干涉峰值的中心波長(cháng)的移動(dòng)實(shí)現的，所以光源中心波長(cháng)的穩定性將對實(shí)驗結果產(chǎn)生很大的影響。實(shí)驗中我們所選用的光源是由INPHENIX公司生產(chǎn)的SLED光源，相對于一般的寬帶光源具有輸出功率高、覆蓋光譜范圍寬等特點(diǎn)。該光源采用+5V的直流供電，標定中心波長(cháng)為1550nm，且其輸出功率在一定范圍內是可調的，驅動(dòng)電流可以達到600mA。白光干涉膜厚測量技術(shù)可以通過(guò)對干涉曲線(xiàn)的分析實(shí)現對薄膜的厚度和形貌的聯(lián)合測量和分析。寶雞高采樣速率膜厚儀
白光干涉膜厚測量技術(shù)可以對薄膜的厚度、反射率、折射率等光學(xué)參數進(jìn)行測量。靜安區原裝膜厚儀
白光干涉的相干原理早在1975年就已經(jīng)被提出，隨后于1976年在光纖通信領(lǐng)域中獲得了實(shí)現。1983年，BrianCulshaw的研究小組報道了白光干涉技術(shù)在光纖傳感領(lǐng)域中的應用。隨后在1984年，報道了基于白光干涉原理的完整的位移傳感系統。該研究成果證明了白光干涉技術(shù)可以被用于測量能夠轉換成位移的物理參量。此后的幾年間，白光干涉應用于溫度、壓力等的研究相繼被報道。自上世紀九十年代以來(lái)，白光干涉技術(shù)快速發(fā)展，提供了實(shí)現測量的更多的解決方案。近幾年以來(lái)，由于傳感器設計與研制的進(jìn)步，信號處理新方案的提出，以及傳感器的多路復用[39]等技術(shù)的發(fā)展，使得白光干涉測量技術(shù)的發(fā)展更加迅速。靜安區原裝膜厚儀