膜厚仪的测量方法

靶丸壳层折射率 、厚度及其分布参数是激光惯性约束聚变（ICF）物理实验中非常关键的参数，精密测量靶丸壳层折射率、厚度及其分布对ICF精密物理实验研究具有非常重要的意义。由于靶丸尺寸微小（亚毫米量级）、结构特殊（球形结构）、测量精度要求高，如何实现靶丸壳层折射率及其厚度分布的精密测量是靶参数测量技术研究中重要的研究内容。本论文针对靶丸壳层折射率及厚度分布的精密测量需求，开展了基于白光干涉技术的靶丸壳层折射率及厚度分布测量技术研究。白光干涉膜厚测量技术可以应用于光学元件制造中的薄膜厚度控制；膜厚仪的测量方法

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。苏州膜厚仪生产厂家哪家好白光干涉膜厚测量技术可以应用于光学元件制造中的薄膜厚度管控。

基于表面等离子体共振传感的测量方案 ，利用共振曲线的三个特征参量—共振角、半高宽和反射率小值，通过反演计算得到待测金属薄膜的厚度。该测量方案可同时得到金属薄膜的介电常数和厚度，操作方法简单。我们利用Kretschmann型结构的表面等离子体共振实验系统，测得金膜在入射光波长分别为632.8nm和652.1nm时的共振曲线，由此得到金膜的厚度为55.2nm。由于该方案是一种强度测量方案，测量精度受环境影响较大，且测量结果存在多值性的问题，所以我们进一步对偏振外差干涉的改进方案进行了理论分析，根据P光和S光之间相位差的变化实现厚度测量。

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。工作原理是基于膜层与底材反射率及相位差，通过测量反射光的干涉来计算膜层厚度。

白光干涉的相干原理早在1975年就已经被提出 ，随后于1976年在光纤通信领域中获得了实现。1983年，BrianCulshaw的研究小组报道了白光干涉技术在光纤传感领域中的应用。随后在1984年，报道了基于白光干涉原理的完整的位移传感系统。该研究成果证明了白光干涉技术可以被用于测量能够转换成位移的物理参量。此后的几年间，白光干涉应用于温度、压力等的研究相继被报道。自上世纪九十年代以来，白光干涉技术快速发展，提供了实现测量的更多的解决方案。近几年以来，由于传感器设计与研制的进步，信号处理新方案的提出，以及传感器的多路复用[39]等技术的发展，使得白光干涉测量技术的发展更加迅速。总之，白光干涉膜厚仪是一种应用很广的测量薄膜厚度的仪器；薄膜膜厚仪

白光干涉膜厚测量技术的优化需要对实验方法和算法进行改进；膜厚仪的测量方法

论文主要以半导体锗和贵金属金两种材料为对象 ，研究了白光干涉法、表面等离子体共振法和外差干涉法实现纳米级薄膜厚度准确测量的可行性。由于不同材料薄膜的特性不同，所适用的测量方法也不同。半导体锗膜具有折射率高，在通信波段（1550nm附近）不透明的特点，选择采用白光干涉的测量方法；而厚度更薄的金膜的折射率为复数，且能激发的表面等离子体效应，因而可借助基于表面等离子体共振的测量方法；为了进一步改善测量的精度，论文还研究了外差干涉测量法，通过引入高精度的相位解调手段，检测P光与S光之间的相位差提升厚度测量的精度。膜厚仪的测量方法