膜厚仪的用途和特点

在纳米量级薄膜的各项相关参数中 ，薄膜材料的厚度是薄膜设计和制备过程中的重要参数，是决定薄膜性质和性能的基本参量之一，它对于薄膜的光学、力学和电磁性能等都有重要的影响[3]。但是由于纳米量级薄膜的极小尺寸及其突出的表面效应，使得对其厚度的准确测量变得困难。经过众多科研技术人员的探索和研究，新的薄膜厚度测量理论和测量技术不断涌现，测量方法实现了从手动到自动，有损到无损测量。由于待测薄膜材料的性质不同，其适用的厚度测量方案也不尽相同。对于厚度在纳米量级的薄膜，利用光学原理的测量技术应用。相比于其他方法，光学测量方法因为具有精度高，速度快，无损测量等优势而成为主要的检测手段。其中具有代表性的测量方法有椭圆偏振法，干涉法，光谱法，棱镜耦合法等。随着技术的不断进步和应用领域的扩展，白光干涉膜厚仪的性能和功能将得到进一步提高；膜厚仪的用途和特点

光学测厚方法结合了光学、机械、电子和计算机图像处理技术，以光波长为测量基准，从原理上保证了纳米级的测量精度。由于光学测厚是非接触式的测量方法，因此被用于精密元件表面形貌及厚度的无损测量。针对薄膜厚度的光学测量方法，可以按照光吸收、透反射、偏振和干涉等不同光学原理分为分光光度法、椭圆偏振法、干涉法等多种测量方法。不同的测量方法各有优缺点和适用范围。因此，有一些研究采用了多通道式复合测量法，结合多种测量方法，例如椭圆偏振法和光度法结合的光谱椭偏法，彩色共焦光谱干涉和白光显微干涉的结合法等。原装膜厚仪技术指导随着技术的不断进步和应用领域的拓展，其性能和功能会得到提高和扩展。

傅里叶变换是白光频域解调方法中的一种低精度信号解调方法，起初由G.F.Fernando和T.Liu等人提出，用于低精度光纤法布里-珀罗传感器的解调。该解调方案的原理是通过傅里叶变换得到频域的峰值频率从而获得光程差，并得到待测物理量的信息。傅里叶变换解调方案的优势是解调速度快，受干扰信号影响较小，但精度不高。根据数字信号处理FFT理论，若输入光源波长范围为[λ1,λ2]，则所测光程差的理论小分辨率为λ1λ2/(λ2-λ1)，因此该方法主要应用于解调精度要求不高的场合。傅里叶变换白光干涉法是对傅里叶变换法的改进。该方法总结起来是对采集到的光谱信号进行傅里叶变换，然后滤波、提取主频信号，接着进行逆傅里叶变换、对数运算，之后取其虚部进行相位反包裹运算，从而通过得到的相位来获得干涉仪的光程差。经实验证明，该方法测量精度比傅里叶变换方法更高。

根据以上分析，白光干涉时域解调方案的优点如下：①能够实现测量；②抗干扰能力强，系统的分辨率与光源输出功率的波动、光源波长的漂移以及外界环境对光纤的扰动等因素无关；③测量精度与零级干涉条纹的确定精度以及反射镜的精度有关；④结构简单，成本较低。但是，时域解调方法需要借助扫描部件移动干涉仪一端的反射镜来进行相位补偿，因此扫描装置的分辨率会影响系统的精度。采用这种解调方案的测量分辨率一般在几个微米，要达到亚微米的分辨率则主要受机械扫描部件的分辨率和稳定性所限制。文献[46]报道的位移扫描的分辨率可以达到0.54微米。然而，当所测光程差较小时，F-P腔前后表面干涉峰值相距很近，难以区分，此时时域解调方案的应用受到了限制。这种膜厚仪可以测量大气压下，1nm到1mm范围内的薄膜厚度。

根据以上分析可知 ，白光干涉时域解调方案的优点是：①能够实现测量；②抗干扰能力强，系统的分辨率与光源输出功率的波动，光源的波长漂移以及外界环境对光纤的扰动等因素无关；③测量精度与零级干涉条纹的确定精度以及反射镜的精度有关；④结构简单，成本较低。但是，时域解调方法需要借助扫描部件移动干涉仪一端的反射镜来进行相位补偿，所以扫描装置的分辨率将影响系统的精度。采用这种解调方案的测量分辨率一般是几个微米，达到亚微米的分辨率，主要受机械扫描部件的分辨率和稳定性限制。文献[46]所报道的位移扫描的分辨率可以达到0.54μm。当所测光程差较小时，F-P腔前后表面干涉峰值相距很近，难以区分，此时时域解调方案的应用受到限制。白光干涉膜厚测量技术可以实现对不同材料的薄膜进行测量；光干涉膜厚仪测量方法

可测量大气压下薄膜厚度在1纳米到1毫米之间。膜厚仪的用途和特点

白光干涉光谱分析是目前白光干涉测量的一个重要方向，此项技术主要是利用光谱仪将对条纹的测量转变成为对不同波长光谱的测量。通过分析被测物体的光谱特性，就能够得到相应的长度信息和形貌信息。相比于白光扫描干涉术，它不需要大量的扫描过程，因此提高了测量效率，而且也减小了环境对它的影响。此项技术能够测量距离、位移、块状材料的群折射率以及多层薄膜厚度。白干干涉光谱法是基于频域干涉的理论，采用白光作为宽波段光源，经过分光棱镜，被分成两束光，这两束光分别入射到参考镜和被测物体，反射回来后经过分光棱镜合成后，由色散元件分光至探测器，记录频域上的干涉信号。此光谱信号包含了被测表面的信息，如果此时被测物体是薄膜，则薄膜的厚度也包含在这光谱信号当中。这样就把白光干涉的精度和光谱测量的速度结合起来，形成了一种精度高而且速度快的测量方法。膜厚仪的用途和特点