高速膜厚仪量大从优

对同一靶丸相同位置进行白光垂直扫描干涉，建立靶丸的垂直扫描干涉装置，通过控制光学轮廓仪的运动机构带动干涉物镜在垂直方向上的移动，从而测量到光线穿过靶丸后反射到参考镜与到达基底直接反射回参考镜的光线之间的光程差，显然，当一束平行光穿过靶丸后，偏离靶丸中心越远的光线，测量到的有效壁厚越大，其光程差也越大，但这并不表示靶丸壳层的厚度，存在误差，穿过靶丸中心的光线测得的光程差才对应靶丸的上、下壳层的厚度。高精度的白光干涉膜厚仪通常采用Michelson干涉仪的结构。高速膜厚仪量大从优

本文温所研究的锗膜厚度约300nm，导致其白光干涉输出光谱只有一个干涉峰，此时常规基于相邻干涉峰间距解调的方案（如峰峰值法等）将不再适用。为此，我们提出了一种基于单峰值波长移动的白光干涉测量方案，并设计搭建了膜厚测量系统。温度测量实验结果表明，峰值波长与温度变化之间具有良好的线性关系。利用该测量方案，我们测得实验用锗膜的厚度为338.8nm，实验误差主要来自于温度控制误差和光源波长漂移。通过对纳米级薄膜厚度的测量方案研究，实现了对锗膜和金膜的厚度测量。本文主要的创新点是提出了白光干涉单峰值波长移动的解调方案，并将其应用于极短光程差的测量。国产膜厚仪调试膜厚仪的干涉测量能力较高，可以提供精确和可信的膜层厚度测量结果。

白光反射光谱探测模块中，入射光经过分光镜1分光后，一部分光照射到靶丸表面，靶丸壳层上、下表面的反射光经物镜、分光镜1、聚焦透镜、分光镜2后，一部分光聚焦到光纤端面并到达光谱仪探测器，实现了靶丸壳层白光干涉光谱的测量。另一部分光到达CCD探测器，获得靶丸表面的光学图像。靶丸吸附转位模块和三维运动模块分别用于靶丸的吸附定位以及靶丸特定角度的转位和靶丸位置的调整。在测量过程中，将靶丸放置于轴系吸嘴前端，通过微型真空泵将其吸附于吸嘴上；然后，移动位移平台，将靶丸移动至CCD视场中心，Z向位移台可调整视场清晰度；利用光谱仪探测靶丸壳层的白光反射光谱；靶丸在轴系的带动下，平稳转动到特定角度，为消除轴系回转误差所带来的误差，可通过调整调心结构，使靶丸定点位于视场中心并采集其白光反射光谱。重复以上步骤，可实现靶丸特定位置或圆周轮廓白光反射光谱数据的测量。为减少外界干扰和震动所引起的测量误差，该装置放置于气浮平台上，通过高性能的隔振效果，保证了测量结果的稳定性。

白光干涉的分析方法利用白光干涉感知空间位置的变化，从而得到被测物体的信息。它是在单色光相移干涉术的基础上发展而来的。单色光相移干涉术利用光路使参考光和被测表面的反射光发生干涉，再使用相移的方法调制相位，利用干涉场中光强的变化计算出其每个数据点的初始相位，但是这样得到的相位是位于（-π，+π]间，所以得到的是不连续的相位。因此，需要进行相位展开使其变为连续相位。再利用高度与相位的信息求出被测物体的表面形貌。单色光相移法具有测量速度快、测量分辨力高、对背景光强不敏感等优点。但是，由于单色光干涉无法确定干涉条纹的零级位置。因此，在相位解包裹中无法得到相位差的周期数，所以只能假定相位差不超过一个周期，相当于测试表面的相邻高度不能超过四分之一波长。这就限制了其测量的范围，使它只能测试连续结构或者光滑表面结构。光路长度越长，仪器分辨率越高，但也越容易受到干扰因素的影响，需要采取降噪措施。

薄膜干涉原理根据薄膜干涉原理…，当波长为^的单色光以人射角f从折射率为n．的介质入射到折射率为n：、厚度为e的介质膜面(见图1)时，干涉明、暗纹条件为：

2e(n₂²一n₁²sin2i)1/2＋δ’=kλ，k=1,2,3,4,5...(1)

2e(n₂²一n₁²sin2i)1/2＋δ’=（2k＋1）λ/2，k=0，1,2,3,4...（2）

E式中k为干涉条纹级次；δ’为半波损失．

普通物理教材中讨论薄膜干涉问题时，均近似地认为，δ’是指入射光波在光疏介质中前进，遇到光密介质i的界面时，在不超过临界角的条件下，不论人射角的大小如何，在反射过程中都将产生半个波长的损失(严格地说， 只在掠射和正射情况下反射光的振动方向与入射光的振动方向才几乎相反)，故δ’是否存在决定于n1,n2,n3大小的比较。当膜厚e一定，而入射角j可变时，干涉条纹级次^随f而变，即同样的人射角‘对应同一级明纹(或暗纹)，叫等倾干涉，如以不同的入射角入射到平板介质上．当入射角￡一定，而膜厚。可变时，干涉条纹级次随。而变，即同样的膜厚e对应同一级明纹(或暗纹)。叫等厚干涉，如劈尖干涉和牛顿环． 可测量大气压下薄膜厚度在1纳米到1毫米之间。小型膜厚仪制作厂家

该仪器的工作原理是通过测量反射光的干涉来计算膜层厚度，基于反射率和相位差。高速膜厚仪量大从优

薄膜在现代光学、电子、医疗、能源和建材等技术领域得到广泛应用，可以提高器件性能。但是由于薄膜制备工艺和生产环境等因素的影响，成品薄膜存在厚度分布不均和表面粗糙度大等问题，导致其光学和物理性能无法达到设计要求，严重影响其性能和应用。因此，需要开发出精度高、体积小、稳定性好的测量系统以满足微米级工业薄膜的在线检测需求。当前的光学薄膜测厚方法无法同时兼顾高精度、轻小体积和合理的成本，而具有纳米级测量分辨率的商用薄膜测厚仪器价格昂贵、体积大，无法满足工业生产现场的在线测量需求。因此，提出了一种基于反射光谱原理的高精度工业薄膜厚度测量解决方案，研发了小型化、低成本的薄膜厚度测量系统，并提出了一种无需标定样品的高效稳定的膜厚计算算法。该系统可以实现微米级工业薄膜的厚度测量。高速膜厚仪量大从优