薄膜作為改善器件性能的重要途徑，被廣泛應用于現(xiàn)代光學、電子、醫(yī)療、能源、建材等技術領域。受薄膜制備工藝及生產環(huán)境影響，成品薄膜存在厚度分布不均、表面粗糙度大等問題，導致其光學及物理性能達不到設計要求，嚴重影響成品的性能及應用。隨著薄膜生產技術的迅速發(fā)展，準確測量和科學評價薄膜特性作為研究熱點，也引起產業(yè)界的高度重視。厚度作為關鍵指標直接影響薄膜工作特性，合理監(jiān)控薄膜厚度對于及時調整生產工藝參數(shù)、降低加工成本、提高生產效率及企業(yè)競爭力等具有重要作用和深遠意義。然而，對于市場份額占比大的微米級工業(yè)薄膜，除要求測量系統(tǒng)不僅具有百納米級的測量精度之外，還要求具備體積小、穩(wěn)定性好的特點，以適應工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境的在線檢測需求。目前光學薄膜測厚方法仍無法兼顧高精度、輕小體積，以及合理的系統(tǒng)成本，而具備納米級測量分辨力的商用薄膜測厚儀器往往價格昂貴、體積較大，且無法響應工業(yè)生產現(xiàn)場的在線測量需求。基于以上分析，本課題提出基于反射光譜原理的高精度工業(yè)薄膜厚度測量解決方案，研制小型化、低成本的薄膜厚度測量系統(tǒng)，并提出無需標定樣品的高效穩(wěn)定的膜厚計算算法。研發(fā)的系統(tǒng)可以實現(xiàn)微米級工業(yè)薄膜的厚度測量。白光干涉膜厚測量技術可以實現(xiàn)對復雜薄膜結構的測量。膜厚儀誠信合作

光譜擬合法易于測量具有應用領域，由于使用了迭代算法，因此該方法的優(yōu)缺點在很大程度上取決于所選擇的算法。隨著各種全局優(yōu)化算法的引入，遺傳算法和模擬退火算法等新算法被用于薄膜參數(shù)的測量。其缺點是不夠實用，該方法需要一個較好的薄膜的光學模型(包括色散系數(shù)、吸收系數(shù)、多層膜系統(tǒng))，但是在實際測試過程中，薄膜的色散和吸收的公式通常不準確，尤其是對于多層膜體系，建立光學模型非常困難，無法用公式準確地表示出來。在實際應用中只能使用簡化模型，因此，通常全光譜擬合法不如極值法有效。另外該方法的計算速度慢也不能滿足快速計算的要求。河南高采樣速率膜厚儀白光干涉膜厚測量技術可以對薄膜的表面和內部進行聯(lián)合測量和分析。

白光干涉時域解調方案需要借助機械掃描部件帶動干涉儀的反射鏡移動，補償光程差，實現(xiàn)對信號的解調[44-45]。系統(tǒng)基本結構如圖2-1所示。光纖白光干涉儀的兩輸出臂分別作為參考臂和測量臂，作用是將待測的物理量轉換為干涉儀兩臂的光程差變化。測量臂因待測物理量而增加了一個未知的光程，參考臂則通過移動反射鏡來實現(xiàn)對測量臂引入的光程差的補償。當干涉儀兩臂光程差ΔL=0時，即兩干涉光束為等光程的時候，出現(xiàn)干涉極大值，可以觀察到中心零級干涉條紋，而這一現(xiàn)象與外界的干擾因素無關，因而可據(jù)此得到待測物理量的值。干擾輸出信號強度的因素包括：入射光功率、光纖的傳輸損耗、各端面的反射等。外界環(huán)境的擾動會影響輸出信號的強度，但是對零級干涉條紋的位置不會產生影響。

根據(jù)以上分析可知，白光干涉時域解調方案的優(yōu)點是：①能夠實現(xiàn)測量；②抗干擾能力強，系統(tǒng)的分辨率與光源輸出功率的波動，光源的波長漂移以及外界環(huán)境對光纖的擾動等因素無關；③測量精度與零級干涉條紋的確定精度以及反射鏡的精度有關；④結構簡單，成本較低。但是，時域解調方法需要借助掃描部件移動干涉儀一端的反射鏡來進行相位補償，所以掃描裝置的分辨率將影響系統(tǒng)的精度。采用這種解調方案的測量分辨率一般是幾個微米，達到亞微米的分辨率，主要受機械掃描部件的分辨率和穩(wěn)定性限制。文獻[46]所報道的位移掃描的分辨率可以達到0.54μm。當所測光程差較小時，F(xiàn)-P腔前后表面干涉峰值相距很近，難以區(qū)分，此時時域解調方案的應用受到限制。白光干涉膜厚測量技術可以應用于電子顯示器中的薄膜厚度測量。

確定靶丸折射率及厚度的算法，由于干涉光譜信號與膜的光參量直接相關，這里主要考慮光譜分析的方法根據(jù)測量膜的反射或透射光譜進行分析計算，可獲得膜的厚度、折射率等參數(shù)。根據(jù)光譜信號分析計算膜折射率及厚度的方法主要有極值法和包絡法、全光譜擬合法。極值法測量膜厚度主要是根據(jù)薄膜反射或透射光譜曲線上的波峰的位置來計算，對于弱色散介質，折射率為恒定值，根據(jù)兩個或兩個以上的極大值點的位置，求得膜的光學厚度，若已知膜折射率即可求解膜的厚度；對于強色散介質，首先利用極值點求出膜厚度的初始值。薄膜厚度是一恒定不變值，可根據(jù)極大值點位置的光學厚度關系式獲得入射波長和折射率的對應關系，再依據(jù)薄膜材質的色散特性，引入合適的色散模型，常用的色散模型有cauchy模型、Selimeier模型、Lorenz模型等，利用折射率與入射波長的關系式，通過二乘法擬合得到色散模型的系數(shù)，即可解得任意入射波長下的折射率。白光干涉膜厚測量技術的應用涵蓋了材料科學、光學制造、電子工業(yè)等多個領域。推薦膜厚儀安裝操作注意事項

白光干涉膜厚測量技術的研究主要集中在實驗方法的優(yōu)化和算法的改進上。膜厚儀誠信合作

在納米量級薄膜的各項相關參數(shù)中，薄膜材料的厚度是薄膜設計和制備過程中的重要參數(shù)，是決定薄膜性質和性能的基本參量之一，它對于薄膜的光學、力學和電磁性能等都有重要的影響[3]。但是由于納米量級薄膜的極小尺寸及其突出的表面效應，使得對其厚度的準確測量變得困難。經(jīng)過眾多科研技術人員的探索和研究，新的薄膜厚度測量理論和測量技術不斷涌現(xiàn)，測量方法實現(xiàn)了從手動到自動，有損到無損測量。由于待測薄膜材料的性質不同，其適用的厚度測量方案也不盡相同。對于厚度在納米量級的薄膜，利用光學原理的測量技術應用。相比于其他方法，光學測量方法因為具有精度高，速度快，無損測量等優(yōu)勢而成為主要的檢測手段。其中具有代表性的測量方法有橢圓偏振法，干涉法，光譜法，棱鏡耦合法等。膜厚儀誠信合作

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