薄膜作為改善器件性能的重要途徑，被廣泛應用于現代光學(xué)、電子、醫療、能源、建材等技術(shù)領(lǐng)域。受薄膜制備工藝及生產(chǎn)環(huán)境影響，成品薄膜存在厚度分布不均、表面粗糙度大等問(wèn)題，導致其光學(xué)及物理性能達不到設計要求，嚴重影響成品的性能及應用。隨著(zhù)薄膜生產(chǎn)技術(shù)的迅速發(fā)展，準確測量和科學(xué)評價(jià)薄膜特性作為研究熱點(diǎn)，也引起產(chǎn)業(yè)界的高度重視。厚度作為關(guān)鍵指標直接影響薄膜工作特性，合理監控薄膜厚度對于及時(shí)調整生產(chǎn)工藝參數、降低加工成本、提高生產(chǎn)效率及企業(yè)競爭力等具有重要作用和深遠意義。然而，對于市場(chǎng)份額占比大的微米級工業(yè)薄膜，除要求測量系統不僅具有百納米級的測量精度之外，還要求具備體積小、穩定性好的特點(diǎn)，以適應工業(yè)現場(chǎng)環(huán)境的在線(xiàn)檢測需求。目前光學(xué)薄膜測厚方法仍無(wú)法兼顧高精度、輕小體積，以及合理的系統成本，而具備納米級測量分辨力的商用薄膜測厚儀器往往價(jià)格昂貴、體積較大，且無(wú)法響應工業(yè)生產(chǎn)現場(chǎng)的在線(xiàn)測量需求?；谝陨戏治?，本課題提出基于反射光譜原理的高精度工業(yè)薄膜厚度測量解決方案，研制小型化、低成本的薄膜厚度測量系統，并提出無(wú)需標定樣品的高效穩定的膜厚計算算法。研發(fā)的系統可以實(shí)現微米級工業(yè)薄膜的厚度測量。白光干涉膜厚測量技術(shù)可以實(shí)現對復雜薄膜結構的測量。膜厚儀誠信合作
光譜擬合法易于測量具有應用領(lǐng)域，由于使用了迭代算法，因此該方法的優(yōu)缺點(diǎn)在很大程度上取決于所選擇的算法。隨著(zhù)各種全局優(yōu)化算法的引入，遺傳算法和模擬退火算法等新算法被用于薄膜參數的測量。其缺點(diǎn)是不夠實(shí)用，該方法需要一個(gè)較好的薄膜的光學(xué)模型(包括色散系數、吸收系數、多層膜系統)，但是在實(shí)際測試過(guò)程中，薄膜的色散和吸收的公式通常不準確，尤其是對于多層膜體系，建立光學(xué)模型非常困難，無(wú)法用公式準確地表示出來(lái)。在實(shí)際應用中只能使用簡(jiǎn)化模型，因此，通常全光譜擬合法不如極值法有效。另外該方法的計算速度慢也不能滿(mǎn)足快速計算的要求。河南高采樣速率膜厚儀白光干涉膜厚測量技術(shù)可以對薄膜的表面和內部進(jìn)行聯(lián)合測量和分析。
白光干涉時(shí)域解調方案需要借助機械掃描部件帶動(dòng)干涉儀的反射鏡移動(dòng)，補償光程差，實(shí)現對信號的解調[44-45]。系統基本結構如圖2-1所示。光纖白光干涉儀的兩輸出臂分別作為參考臂和測量臂，作用是將待測的物理量轉換為干涉儀兩臂的光程差變化。測量臂因待測物理量而增加了一個(gè)未知的光程，參考臂則通過(guò)移動(dòng)反射鏡來(lái)實(shí)現對測量臂引入的光程差的補償。當干涉儀兩臂光程差ΔL=0時(shí)，即兩干涉光束為等光程的時(shí)候，出現干涉極大值，可以觀(guān)察到中心零級干涉條紋，而這一現象與外界的干擾因素無(wú)關(guān)，因而可據此得到待測物理量的值。干擾輸出信號強度的因素包括：入射光功率、光纖的傳輸損耗、各端面的反射等。外界環(huán)境的擾動(dòng)會(huì )影響輸出信號的強度，但是對零級干涉條紋的位置不會(huì )產(chǎn)生影響。
根據以上分析可知，白光干涉時(shí)域解調方案的優(yōu)點(diǎn)是：①能夠實(shí)現測量；②抗干擾能力強，系統的分辨率與光源輸出功率的波動(dòng)，光源的波長(cháng)漂移以及外界環(huán)境對光纖的擾動(dòng)等因素無(wú)關(guān)；③測量精度與零級干涉條紋的確定精度以及反射鏡的精度有關(guān)；④結構簡(jiǎn)單，成本較低。但是，時(shí)域解調方法需要借助掃描部件移動(dòng)干涉儀一端的反射鏡來(lái)進(jìn)行相位補償，所以?huà)呙柩b置的分辨率將影響系統的精度。采用這種解調方案的測量分辨率一般是幾個(gè)微米，達到亞微米的分辨率，主要受機械掃描部件的分辨率和穩定性限制。文獻[46]所報道的位移掃描的分辨率可以達到0.54μm。當所測光程差較小時(shí)，F-P腔前后表面干涉峰值相距很近，難以區分，此時(shí)時(shí)域解調方案的應用受到限制。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。
確定靶丸折射率及厚度的算法，由于干涉光譜信號與膜的光參量直接相關(guān)，這里主要考慮光譜分析的方法根據測量膜的反射或透射光譜進(jìn)行分析計算，可獲得膜的厚度、折射率等參數。根據光譜信號分析計算膜折射率及厚度的方法主要有極值法和包絡(luò )法、全光譜擬合法。極值法測量膜厚度主要是根據薄膜反射或透射光譜曲線(xiàn)上的波峰的位置來(lái)計算，對于弱色散介質(zhì)，折射率為恒定值，根據兩個(gè)或兩個(gè)以上的極大值點(diǎn)的位置，求得膜的光學(xué)厚度，若已知膜折射率即可求解膜的厚度；對于強色散介質(zhì)，首先利用極值點(diǎn)求出膜厚度的初始值。薄膜厚度是一恒定不變值，可根據極大值點(diǎn)位置的光學(xué)厚度關(guān)系式獲得入射波長(cháng)和折射率的對應關(guān)系，再依據薄膜材質(zhì)的色散特性，引入合適的色散模型，常用的色散模型有cauchy模型、Selimeier模型、Lorenz模型等，利用折射率與入射波長(cháng)的關(guān)系式，通過(guò)二乘法擬合得到色散模型的系數，即可解得任意入射波長(cháng)下的折射率。白光干涉膜厚測量技術(shù)的應用涵蓋了材料科學(xué)、光學(xué)制造、電子工業(yè)等多個(gè)領(lǐng)域。推薦膜厚儀安裝操作注意事項
白光干涉膜厚測量技術(shù)的研究主要集中在實(shí)驗方法的優(yōu)化和算法的改進(jìn)上。膜厚儀誠信合作
在納米量級薄膜的各項相關(guān)參數中，薄膜材料的厚度是薄膜設計和制備過(guò)程中的重要參數，是決定薄膜性質(zhì)和性能的基本參量之一，它對于薄膜的光學(xué)、力學(xué)和電磁性能等都有重要的影響[3]。但是由于納米量級薄膜的極小尺寸及其突出的表面效應，使得對其厚度的準確測量變得困難。經(jīng)過(guò)眾多科研技術(shù)人員的探索和研究，新的薄膜厚度測量理論和測量技術(shù)不斷涌現，測量方法實(shí)現了從手動(dòng)到自動(dòng)，有損到無(wú)損測量。由于待測薄膜材料的性質(zhì)不同，其適用的厚度測量方案也不盡相同。對于厚度在納米量級的薄膜，利用光學(xué)原理的測量技術(shù)應用。相比于其他方法，光學(xué)測量方法因為具有精度高，速度快，無(wú)損測量等優(yōu)勢而成為主要的檢測手段。其中具有代表性的測量方法有橢圓偏振法，干涉法，光譜法，棱鏡耦合法等。膜厚儀誠信合作