枣庄膜厚仪答疑解惑

常用白光垂直扫描干涉系统的原理示意图，入射的白光光束通过半反半透镜进入到显微干涉物镜后，被分光镜分成两部分，一个部分入射到固定的参考镜，一部分入射到样品表面，当参考镜表面和样品表面的反射光通过分光镜后，再次汇聚发生干涉，干涉光通过透镜后，利用电荷耦合器(CCD)可探测整个视场内双白光光束的干涉图像。利用Z向精密位移台带动干涉镜头或样品台Z向扫描，可获得一系列的干涉图像。根据干涉图像序列中对应点的光强随光程差变化曲线，可得该点的Z向相对位移；然后，由CCD图像中每个像素点光强最大值对应的Z向位置获得被测样品表面的三维形貌。白光干涉膜厚测量技术的发展将促进相关产业的发展和科学技术的进步。枣庄膜厚仪答疑解惑

在初始相位为零的情况下，当被测光与参考光之间的光程差为零时，光强度将达到最大值。为探测两个光束之间的零光程差位置，需要精密Z向运动台带动干涉镜头作垂直扫描运动或移动载物台，垂直扫描过程中，用探测器记录下干涉光强，可得白光干涉信号强度与Z向扫描位置（两光束光程差）之间的变化曲线。干涉图像序列中某波长处的白光信号强度随光程差变化示意图，曲线中光强极大值位置即为零光程差位置，通过零过程差位置的精密定位，即可实现样品表面相对位移的精密测量；通过确定最大值对应的Z向位置可获得被测样品表面的三维高度。枣庄膜厚仪答疑解惑白光干涉膜厚测量技术的研究需要对光学理论和光学仪器有较深入的了解。

    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。

白光扫描干涉法采用白光为光源，压电陶瓷驱动参考镜进行扫描，干涉条纹扫过被测面，通过感知相干峰位置来获得表面形貌信息。测量原理图如图1-5所示。而对于薄膜的测量，上下表面形貌、粗糙度、厚度等信息能通过一次测量得到，但是由于薄膜上下表面的反射，会使提取出来的白光干涉信号出现双峰形式，变得更复杂。另外，由于白光扫描法需要扫描过程，因此测量时间较长而且易受外界干扰。基于图像分割技术的薄膜结构测试方法，实现了对双峰干涉信号的自动分离，实现了薄膜厚度的测量。白光干涉膜厚测量技术可以实现对薄膜的三维成像和分析。

    薄膜作为改善器件性能的重要途径，被广泛应用于现代光学、电子、医疗、能源、建材等技术领域。受薄膜制备工艺及生产环境影响，成品薄膜存在厚度分布不均、表面粗糙度大等问题，导致其光学及物理性能达不到设计要求，严重影响成品的性能及应用。随着薄膜生产技术的迅速发展，准确测量和科学评价薄膜特性作为研究热点，也引起产业界的高度重视。厚度作为关键指标直接影响薄膜工作特性，合理监控薄膜厚度对于及时调整生产工艺参数、降低加工成本、提高生产效率及企业竞争力等具有重要作用和深远意义。然而，对于市场份额占比大的微米级工业薄膜，除要求测量系统不仅具有百纳米级的测量精度之外，还要求具备体积小、稳定性好的特点，以适应工业现场环境的在线检测需求。目前光学薄膜测厚方法仍无法兼顾高精度、轻小体积，以及合理的系统成本，而具备纳米级测量分辨力的商用薄膜测厚仪器往往价格昂贵、体积较大，且无法响应工业生产现场的在线测量需求。基于以上分析，本课题提出基于反射光谱原理的高精度工业薄膜厚度测量解决方案，研制小型化、低成本的薄膜厚度测量系统，并提出无需标定样品的高效稳定的膜厚计算算法。研发的系统可以实现微米级工业薄膜的厚度测量。 白光干涉膜厚测量技术可以通过对干涉图像的分析实现对薄膜的形貌变化的测量和分析。山西推荐膜厚仪

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确定靶丸折射率及厚度的算法，由于干涉光谱信号与膜的光参量直接相关，这里主要考虑光谱分析的方法根据测量膜的反射或透射光谱进行分析计算，可获得膜的厚度、折射率等参数。根据光谱信号分析计算膜折射率及厚度的方法主要有极值法和包络法、全光谱拟合法。极值法测量膜厚度主要是根据薄膜反射或透射光谱曲线上的波峰的位置来计算，对于弱色散介质，折射率为恒定值，根据两个或两个以上的极大值点的位置，求得膜的光学厚度，若已知膜折射率即可求解膜的厚度；对于强色散介质，首先利用极值点求出膜厚度的初始值。薄膜厚度是一恒定不变值，可根据极大值点位置的光学厚度关系式获得入射波长和折射率的对应关系，再依据薄膜材质的色散特性，引入合适的色散模型，常用的色散模型有cauchy模型、Selimeier模型、Lorenz模型等，利用折射率与入射波长的关系式，通过二乘法拟合得到色散模型的系数，即可解得任意入射波长下的折射率。枣庄膜厚仪答疑解惑