與激光光源相比以白光的寬光譜光源由于具有短相干長(zhǎng)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(jí)次不確定的問(wèn)題。本文以白光干涉原理為理論基礎(chǔ)對(duì)單層透明薄膜厚度測(cè)量尤其對(duì)厚度小于光源相干長(zhǎng)度的薄膜厚度測(cè)量進(jìn)行了研究,。首先從白光干涉測(cè)量薄膜厚度的原理出發(fā),、分別詳細(xì)闡述了白光干涉原理和薄膜測(cè)厚原理。接著在金相顯微鏡的基礎(chǔ)上構(gòu)建了型垂直白光掃描系統(tǒng)作為實(shí)驗(yàn)中測(cè)試薄膜厚度的儀器并利用白光干涉原理對(duì)的位移量進(jìn)行了標(biāo)定,。白光干涉膜厚測(cè)量技術(shù)可以通過(guò)對(duì)干涉曲線的分析實(shí)現(xiàn)對(duì)薄膜的光學(xué)參數(shù)和厚度分布的聯(lián)合測(cè)量和分析,。靜安區(qū)原裝膜厚儀
自上世紀(jì)60年代起，利用X及β射線,、近紅外光源開(kāi)發(fā)的在線薄膜測(cè)厚系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于西方先進(jìn)國(guó)家的工業(yè)生產(chǎn)線中,。20世紀(jì)70年代后，為滿足日益增長(zhǎng)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(cè)量技術(shù)相繼問(wèn)世,。90年代中期,，隨著離子輔助、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(cè)技術(shù)以高精度,、低成本,、輕便環(huán)保、高速穩(wěn)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(jù)用戶需求個(gè)性化定制產(chǎn)品的能力。其中,，對(duì)于市場(chǎng)份額占比較大的微米級(jí)薄膜,，除要求測(cè)量系統(tǒng)不僅具有百納米級(jí)的測(cè)量準(zhǔn)確度及分辨力以外，還要求測(cè)量系統(tǒng)在存在不規(guī)則環(huán)境干擾的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)下,，具備較高的穩(wěn)定性和抗干擾能力,。新型膜厚儀產(chǎn)品使用誤區(qū)白光干涉膜厚測(cè)量技術(shù)可以通過(guò)對(duì)干涉曲線的分析實(shí)現(xiàn)對(duì)薄膜的光學(xué)參數(shù)測(cè)量。
光具有傳播的特性,，不同波列在相遇的區(qū)域,，振動(dòng)將相互疊加，是各列光波獨(dú)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(yīng)必須滿足三個(gè)相干條件，即：頻率一致,、振動(dòng)方向一致,、相位差穩(wěn)定一致。發(fā)生干涉的兩束光在一些地方振動(dòng)加強(qiáng),，而在另一些地方振動(dòng)減弱,，產(chǎn)生規(guī)則的明暗交替變化。任何干涉測(cè)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(zhǎng)和干涉相消的合振幅,。與激光光源相比，白光光源的相干長(zhǎng)度在幾微米到幾十微米內(nèi),，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(duì)應(yīng)于光程差為零的平衡位置,，并在該位置白光輸出光強(qiáng)度具有最大值，并通過(guò)探測(cè)該光強(qiáng)最大值，可實(shí)現(xiàn)樣品表面位移的精密測(cè)量,。此外,，白光光源具有系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)、穩(wěn)定性好且動(dòng)態(tài)范圍大,、結(jié)構(gòu)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(cè)量技術(shù)在薄膜三維形貌測(cè)量、薄膜厚度精密測(cè)量等領(lǐng)域得以廣泛應(yīng)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(cè)物體的信息,。它是在單色光相移干涉術(shù)的基礎(chǔ)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(cè)表面的反射光發(fā)生干涉，再使用相移的方法調(diào)制相位,，利用干涉場(chǎng)中光強(qiáng)的變化計(jì)算出其每個(gè)數(shù)據(jù)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(xù)的相位,。因此，需要進(jìn)行相位展開(kāi)使其變?yōu)檫B續(xù)相位,。再利用高度與相位的信息求出被測(cè)物體的表面形貌,。單色光相移法具有測(cè)量速度快、測(cè)量分辨力高,、對(duì)背景光強(qiáng)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(jí)位置,。因此,，在相位解包裹中無(wú)法得到相位差的周期數(shù)，所以只能假定相位差不超過(guò)一個(gè)周期,，相當(dāng)于測(cè)試表面的相鄰高度不能超過(guò)四分之一波長(zhǎng)[27],。這就限制了其測(cè)量的范圍，使它只能測(cè)試連續(xù)結(jié)構(gòu)或者光滑表面結(jié)構(gòu),。白光干涉膜厚測(cè)量技術(shù)可以應(yīng)用于電子顯示器中的薄膜厚度測(cè)量,。
光纖白光干涉測(cè)量使用的是寬譜光源。光源的輸出光功率和中心波長(zhǎng)的穩(wěn)定性是光源選取時(shí)需要重點(diǎn)考慮的參數(shù),。論文所設(shè)計(jì)的解調(diào)系統(tǒng)是通過(guò)檢測(cè)干涉峰值的中心波長(zhǎng)的移動(dòng)實(shí)現(xiàn)的,，所以光源中心波長(zhǎng)的穩(wěn)定性將對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生很大的影響。實(shí)驗(yàn)中我們所選用的光源是由INPHENIX公司生產(chǎn)的SLED光源，相對(duì)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(biāo)定中心波長(zhǎng)為1550nm,，且其輸出功率在一定范圍內(nèi)是可調(diào)的,，驅(qū)動(dòng)電流可以達(dá)到600mA。白光干涉膜厚測(cè)量技術(shù)可以通過(guò)對(duì)干涉曲線的分析實(shí)現(xiàn)對(duì)薄膜的厚度和形貌的聯(lián)合測(cè)量和分析,。寶雞高采樣速率膜厚儀
白光干涉膜厚測(cè)量技術(shù)可以對(duì)薄膜的厚度,、反射率、折射率等光學(xué)參數(shù)進(jìn)行測(cè)量,。靜安區(qū)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(xiàn)。1983年,，BrianCulshaw的研究小組報(bào)道了白光干涉技術(shù)在光纖傳感領(lǐng)域中的應(yīng)用,。隨后在1984年，報(bào)道了基于白光干涉原理的完整的位移傳感系統(tǒng),。該研究成果證明了白光干涉技術(shù)可以被用于測(cè)量能夠轉(zhuǎn)換成位移的物理參量,。此后的幾年間，白光干涉應(yīng)用于溫度,、壓力等的研究相繼被報(bào)道,。自上世紀(jì)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(xiàn)測(cè)量的更多的解決方案,。近幾年以來(lái)，由于傳感器設(shè)計(jì)與研制的進(jìn)步,，信號(hào)處理新方案的提出,，以及傳感器的多路復(fù)用[39]等技術(shù)的發(fā)展，使得白光干涉測(cè)量技術(shù)的發(fā)展更加迅速,。靜安區(qū)原裝膜厚儀