白光干涉測量技術,也被稱為光學低相干干涉測量技術,使用的是低相干的寬譜光源,例如超輻射發光二極管、發光二極管等。同所有的光學干涉原理一樣,白光干涉同樣是通過觀察干涉圖樣的變化來分析干涉光程差的變化,進而通過各種解調方案實現對待測物理量的測量。采用寬譜光源的優點是由于白光光源的相干長度很小(一般為幾微米到幾十微米之間),所有波長的零級干涉條紋重合于主極大值,即中心條紋,與零光程差的位置對應。中心零級干涉條紋的存在使測量有了一個可靠的位置的參考值,從而只用一個干涉儀即可實現對被測物理量的測量,克服了傳統干涉儀無法實現測量的缺點。同時,相比于其他測量技術,白光干涉測量方法還具有對環境不敏感、抗干擾能力強、測量的動態范圍大、結構簡單和成本低廉等優點。目前,經過幾十年的研究與發展,白光干涉技術在膜厚、壓力、溫度、應變、位移等等測量領域已經得到廣泛的應用。白光干涉膜厚測量技術的優化需要對實驗方法和算法進行改進。陜西高精度膜厚儀
針對靶丸自身獨特的特點及極端實驗條件需求,使得靶丸參數的測試工作變得異常復雜。如何精確地測定靶丸的光學參數,一直是激光聚變研究者非常關注的課題。由于光學測量方法具有無損、非接觸、測量效率高、操作簡便等優越性,靶丸參數測量通常采用光學測量方式。常用的光學參數測量手段很多,目前,常用于測量靶丸幾何參數或光學參數的測量方法有白光干涉法、光學顯微干涉法、激光差動共焦法等。靶丸殼層折射率是沖擊波分時調控實驗研究中的重要參數,因此,精密測量靶丸殼層折射率十分有意義。而常用的折射率測量方法[13],如橢圓偏振法、折射率匹配法、白光光譜法、布儒斯特角法等。推薦膜厚儀設備生產白光干涉膜厚測量技術可以應用于光學涂層中的薄膜反射率測量。
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。根據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,即可解得任意入射波長下的折射率。
針對微米級工業薄膜厚度測量,研究了基于寬光譜干涉的反射式法測量方法。根據薄膜干涉及光譜共聚焦原理,綜合考慮成本、穩定性、體積等因素要求,研制了滿足工業應用的小型薄膜厚度測量系統。根據波長分辨下的薄膜反射干涉光譜模型,結合經典模態分解和非均勻傅里葉變換思想,提出了一種基于相位功率譜分析的膜厚解算算法,能有效利用全光譜數據準確提取相位變化,對由環境噪聲帶來的假頻干擾,具有很好的抗干擾性。通過對PVC標準厚度片,PCB板芯片膜層及鍺基SiO2膜層的測量實驗對系統性能進行了驗證,結果表明測厚系統具有1~75μm厚度的測量量程,μm.的測量不確定度。由于無需對焦,可在10ms內完成單次測量,滿足工業級測量高效便捷的應用要求。 白光干涉膜厚測量技術的精度可以達到納米級別。
干涉測量法[9-10]是基于光的干涉原理實現對薄膜厚度測量的光學方法,是一種高精度的測量技術。采用光學干涉原理的測量系統一般具有結構簡單,成本低廉,穩定性好,抗干擾能力強,使用范圍廣等優點。對于大多數的干涉測量任務,都是通過薄膜表面和基底表面之間產生的干涉條紋的形狀和分布規律,來研究干涉裝置中待測物理量引入的光程差或者是位相差的變化,從而達到測量目的。光學干涉測量方法的測量精度可達到甚至優于納米量級,而利用外差干涉進行測量,其精度甚至可以達到10-3nm量級[11]。根據所使用光源的不同,干涉測量方法又可以分為激光干涉測量和白光干涉測量兩大類。激光干涉測量的分辨率更高,但是不能實現對靜態信號的測量,只能測量輸出信號的變化量或者是連續信號的變化,即只能實現相對測量。而白光干涉是通過對干涉信號中心條紋的有效識別來實現對物理量的測量,是一種測量方式,在薄膜厚度的測量中得到了廣泛的應用。白光干涉膜厚測量技術可以實現對薄膜的在線檢測和控制。浙江膜厚儀
白光干涉膜厚測量技術可以通過對干涉圖像的分析實現對不同材料的薄膜的測量和分析。陜西高精度膜厚儀
在初始相位為零的情況下,當被測光與參考光之間的光程差為零時,光強度將達到最大值。為探測兩個光束之間的零光程差位置,需要精密Z向運動臺帶動干涉鏡頭作垂直掃描運動或移動載物臺,垂直掃描過程中,用探測器記錄下干涉光強,可得白光干涉信號強度與Z向掃描位置(兩光束光程差)之間的變化曲線。干涉圖像序列中某波長處的白光信號強度隨光程差變化示意圖,曲線中光強極大值位置即為零光程差位置,通過零過程差位置的精密定位,即可實現樣品表面相對位移的精密測量;通過確定最大值對應的Z向位置可獲得被測樣品表面的三維高度。陜西高精度膜厚儀
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