实验2.12利用白光干涉测定薄膜厚度测量
光学干涉式薄膜测厚仪校准实验报告
光学干涉式薄膜测厚仪校准实验报告《光学干涉式薄膜测厚仪校准规范》实验报告一.实验目的光学干涉式薄膜测厚仪在薄膜厚度测量上具有非接触、多材料、安全性高等优点，在薄膜材料制造及应用等领域中具有广泛的应用。
规范制定小组在参考相关生产厂家的技术说明的基础上，为了确认本规范的计量性能指标和校准方法是否合理，针对校准规范上确定的计量特性及校准项目，对哈尔滨工程大学的自研仪器，白光干涉式薄膜厚度测量仪进行实验。
以下实验是在实验室环境和仪器状况都符合要求的基础上进行的。
二.实验地点与环境情况地点：哈尔滨工程大学理学楼光学实验室；温度：20±2℃；湿度：55%RH。
三.实验用标准器四.实验方法与数据记录1.厚度测量重复性校准方法及实验记录（1）校准方法在仪器的有效测量范围内，选取一个厚度标准片，其厚度值大约分布在仪器量程的二分之一处，重复测量厚度标准片10次，记录仪器输出结果d i，按公式（1）计算该组实验标准偏差s：s=√1n−1∑(d i−d)2ni=1（1）式中：d i--第i次测量的仪器示值，μm；d--10次测量的算术平均值，μm；n--测量次数，n=10。
根据公式（2）计算仪器厚度相对测量重复性s rel：s rel=sd̅×100%（2）光源光谱范围以及探头工作波长的选择应与实际测量应用时相一致。
（2）实验数据记录与处理根据上述的厚度测量重复性校准方法，对标称值为31.46μm厚度标准片的厚度重复10次的测量结果如表1所示。
通过表1的结果可以看出，标称值为31.46μm的厚度标准片测量相对重复性为0.11%。
满足校准规范征求意见稿中相关参数要求。
2.厚度测量示值稳定性校准方法及实验记录（1）校准方法选取1块厚度标准片，其厚度值大约分布在仪器量程的二分之一处，对其厚度进行测量，在1h内，每隔15min测量1组并记录仪器读数，每组测量5次，取其平均值作为该组测量结果，共测量5组，5组结果中最大最小差值除以厚度标准片的实际厚度值的百分数作为仪器的相对示值稳定性。
白光干涉仪测量显示高度的原理_解释说明以及概述
白光干涉仪测量显示高度的原理解释说明以及概述1. 引言1.1 概述在现代科学和工程领域中，测量显示高度是非常重要的任务之一。
白光干涉仪作为一种精密的测量仪器，被广泛应用于各个领域，如光学、材料科学、半导体制备等。
它通过干涉现象来实现对表面高度差异的精确测量。
本篇文章将详细介绍白光干涉仪的原理，并解释说明其测量显示高度的原理。
1.2 文章结构本文主要分为五个部分。
引言部分对白光干涉仪测量显示高度的原理进行了概述，并阐明本文的目的。
第二部分将详细讨论白光干涉现象以及干涉仪组成与工作原理。
第三部分将介绍使用和操作白光干涉仪时需要注意的设置、调整、测量步骤以及数据记录与分析方法。
第四部分将讨论白光干涉仪在不同应用领域中的应用情况，并探讨其技术局限性。
最后，结论与展望部分将总结本文所述内容，并展望白光干涉仪在未来的改进与发展方向。
1.3 目的本文的目的是为读者提供一个全面且清晰的了解白光干涉仪测量显示高度原理的资料。
通过阐述白光干涉现象、干涉仪的组成与工作原理，以及使用和操作方法，让读者能够更好地理解白光干涉仪这一测量仪器，并掌握其在实际应用中的技术要点和注意事项。
同时，对于白光干涉仪在不同领域的应用情况和技术局限性进行详细阐述，以期引发读者对该领域未来发展方向的思考。
2. 白光干涉仪的原理2.1 白光干涉现象白光干涉是指当宽谱连续光通过两个光学路径，再经过重合时所产生的干涉现象。
这是由于不同波长的光在不同程度上会产生相位差而导致的。
2.2 干涉仪组成与工作原理白光干涉仪主要由一个分束器、两个反射镜和一个待测物体构成。
简单来说，分束器将入射的白光分成两束相干的准平行光，然后通过调整反射镜使得两束平行光以不同的角度照射待测物体。
反射镜将经过物体后返回的反射光重新汇聚，再次经过分束器。
接下来，利用一台增加了直流延迟信号电压的扫描仪对返回的平行光进行扫描，并用一个探测器记录振动条纹信号。
2.3 测量显示高度的原理白光干涉仪可以利用其原理和构造通过显示出截面图或者等高线来测试并观察表面高度的变化情况。
薄膜干涉研究实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 理解薄膜干涉的基本原理和现象。
2. 通过实验观察薄膜干涉条纹，分析薄膜的厚度和折射率。
3. 掌握使用薄膜干涉现象测量薄膜厚度和折射率的方法。
4. 了解薄膜干涉在光学器件中的应用。
二、实验原理薄膜干涉是指当光波照射到透明薄膜上时，从薄膜的前后表面分别反射的光波发生干涉，形成明暗相间的干涉条纹。
这种现象与薄膜的厚度、折射率和入射光的波长有关。
根据薄膜干涉的原理，当光波从光疏介质（如空气）进入光密介质（如薄膜）时，会发生部分反射和部分折射。
从薄膜的前表面反射的光波与从薄膜的后表面反射的光波之间会产生光程差，这个光程差与薄膜的厚度和折射率有关。
当光程差为波长的整数倍时，两束反射光波发生相长干涉，形成明条纹；当光程差为半波长的奇数倍时，两束反射光波发生相消干涉，形成暗条纹。
因此，通过观察干涉条纹的分布，可以计算出薄膜的厚度和折射率。
三、实验仪器与材料1. 薄膜干涉实验装置（包括光源、薄膜样品、显微镜等）。
2. 精密测量工具（如游标卡尺、读数显微镜等）。
3. 记录本和笔。
四、实验步骤1. 将薄膜样品放置在实验装置中，确保光源垂直照射到薄膜上。
2. 观察显微镜下的干涉条纹，调整薄膜样品的位置，使干涉条纹清晰可见。
3. 使用游标卡尺测量薄膜样品的厚度。
4. 通过显微镜观察干涉条纹，记录明暗条纹的位置。
5. 根据干涉条纹的位置和薄膜的厚度，计算薄膜的折射率。
五、实验结果与分析1. 通过实验观察，成功观察到了明暗相间的干涉条纹。
2. 使用游标卡尺测量薄膜样品的厚度，得到厚度为d。
3. 通过显微镜记录明暗条纹的位置，计算光程差ΔL。
4. 根据公式ΔL = 2nd，计算出薄膜的折射率n。
六、讨论与结论1. 实验结果表明，薄膜干涉现象确实存在，且与薄膜的厚度和折射率有关。
2. 通过实验，成功测量了薄膜的厚度和折射率，验证了薄膜干涉原理的正确性。
3. 薄膜干涉在光学器件中具有广泛的应用，如增透膜、滤光膜、偏振膜等。
白光反射谱测薄膜厚度实验
刘滢滢 柯伟平 董占民 高红（清华大学，北京市 １０００８４）Liu Yingying Ke W eiping Dong Zhanmin Gao Hong(Tsinghua University, Beijing 100084)白光反射谱测薄膜厚度实验Measurement of Thickness of the Thin Film Using Reflectance Spectrum of the White LightAbstract: Thickness of the thin film was measured through using reflectance spectrum of the white light and interference light intensity of different wavelength was measured by monochrometer . The measurement of interference light intensity of different wavelength was transformed from the measurement of the stripes. So it is very convenient to operate and test by hand or by automatic data acquisition system.Key words: Monochrometer Reflectance Spectrum of the White Light Interference Light【摘 要】本实验利用白光的反射谱来测薄膜的厚度，利用单色仪测量不同波长光的干涉光强度，把对条纹的测量转变为对不同波长干涉光强度的测量，既可以手动也可以利用数据采集系统自动采集和处理数据，使操作和测量更加简洁方便。
光的干涉测量薄膜厚度共35页文档
46、法律有权打破平静。——马·格林 47、在一千磅法律里，没有一盎司仁 爱。— —英国
48、法律一多，公正就少。——托罪 得到偿 还。— —达雷 尔
50、弱者比强者更能得到法律的保护 。—— 威·厄尔
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71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
利用等光干涉实验测量物体的厚度与折射率的实验方法
利用等光干涉实验测量物体的厚度与折射率的实验方法引言：等光干涉实验是一种常见的实验方法，通过测量干涉条纹的移动来确定物体的厚度和折射率。
本文将介绍利用等光干涉实验测量物体厚度和折射率的实验方法。
一、实验原理等光干涉实验是基于光的干涉现象而进行的。
当一束光通过一个介质，如玻璃片或液体，然后射到另一个介质上时，会发生反射和折射。
这两束光相互干涉形成干涉条纹，通过观察干涉条纹的移动，可以推导出物体的厚度和折射率。
二、实验步骤1. 准备实验装置：将一块玻璃片放在光源前方，以产生平行光束。
在玻璃片上方放置待测物体，如一块薄膜。
在玻璃片和薄膜之间放置一个反射镜，使光束经过薄膜后被反射回来。
2. 调整光源位置：通过调整光源的位置，使光束垂直射到玻璃片上，确保入射光束的平行度。
3. 观察干涉条纹：在观察屏幕或投影仪上观察干涉条纹的形成。
根据干涉条纹的移动方向和幅度，可以推导出物体的厚度和折射率。
三、实验注意事项1. 实验环境要保持稳定，避免外界光线的干扰。
2. 调整光源位置时要小心操作，避免光源移动过大导致实验结果不准确。
3. 观察干涉条纹时要注意调整焦距，确保条纹清晰可见。
4. 实验过程中要注意保持实验装置的稳定，避免因振动等因素导致实验结果出错。
四、实验结果分析通过观察干涉条纹的移动，可以推导出物体的厚度和折射率。
当薄膜厚度增加时，干涉条纹会移动，移动的方向和幅度与薄膜的厚度成正比。
通过测量干涉条纹的移动距离，可以计算出薄膜的厚度。
另外，根据干涉条纹的幅度变化，还可以推导出物体的折射率。
根据干涉条纹的强度变化，可以计算出薄膜的折射率。
五、实验应用等光干涉实验在科学研究和工程应用中有广泛的应用。
例如，在材料科学中，可以利用等光干涉实验来研究材料的光学性质，如折射率和透明度。
在工程中，可以利用等光干涉实验来测量薄膜的厚度，以确保产品质量。
六、结论通过等光干涉实验，可以测量物体的厚度和折射率。
通过观察干涉条纹的移动和强度变化，可以推导出物体的厚度和折射率。
试验三干涉显微镜测量薄膜厚度
实验三干涉显微镜测量薄膜厚度一、实验目的1.掌握干涉显微镜的工作原理及使用方法;2.用干涉显微镜测量薄膜厚度。
二、实验说明2.1实验原理把显微镜和光波干涉仪结合起来设计而成的显微镜为干涉显微镜。
干涉显微镜的类型很多，常用的干涉显微镜是以迈克耳逊干涉仪为原型，其原理却都是以劈尖干涉为基础的，下图1为劈尖干涉的示意图：若在两块平面玻璃间垫一细丝，即形成一个空气劈尖（为便于说明问题图中夸大了细丝的直径）。
当一束单色光射入时，则在空气劈尖（n=1）上下两表面所引起的反射光线将相互干涉。
若这两束光的光程差恰为半波长的奇数倍时，则发生相消干涉而呈现暗色条纹；若光程差为半波长的偶数倍时，发生加强干涉而得到明亮条纹。
一定的明暗条纹对应一定的厚度，所以这些干涉条纹也叫等厚条纹。
条纹间的距离1,随劈尖的夹角6而变化，6越小，l 越大。
图1劈尖干涉的示意图图2表面沟槽及干涉条纹的形状图3薄膜与其干涉条纹的形状在迈克耳逊干涉仪中，只要某一光程差发生变化，就要引起干涉场中条纹移动，光程差每改变半个波长（、；），则干涉条纹移动一个条纹间距。
故待测样品表面若存在局部不平，结果会导致干涉条纹发生弯曲，条纹弯曲的程度是样品表面微观凹凸不平程度的反映，只要测出条纹的弯曲量就可以求出样品表面的凹凸量。
根据这一原理，可借助该仪器来测量镀膜膜层的厚度.设M「M2是两个不严格垂直的理想平面，则得到等厚干涉直线条纹。
若表面M2上有沟槽，干涉条纹将发生弯曲或断折，如图2所示。
沟槽的深度h由式（4—1）决定。
h = •—（4—1）2 e式中，H 为干涉条纹曲折量，e 为条纹的间距。
若用白光照明，e 是指两根接近黑色的 干涉条纹中心间的距离。
这时入取540nm （绿光人=0.53|J m=53004）。
若被测件的部分表面 镀有厚度为h 的薄膜，则只要测量出干涉条纹间距e 和因镀膜而引起的干涉条纹位移量H, 就可算出该薄膜的厚度。
如图3所示。
2.26 JA 型干涉显微镜的光学系统及构造2.27 1 6JA 型干涉显微镜的光学系统本实验用的是6JA 型干涉显微镜，其光 学系统如图1所示，属于双光束干涉系统。
反射干涉光谱法测量固体薄膜的光学常数和厚度
反射干涉光谱法测量固体薄膜的光学常数和厚度
反射干涉光谱法（Reflectance Interference Spectroscopy）是一种常用的方法，用于测量固体薄膜的光学常数（折射率和消光系数）以及厚度。
该方法基于薄膜表面反射的干涉现象，通过测量反射光的强度和波长来推断薄膜的光学特性。
下面是使用反射干涉光谱法测量固体薄膜的光学常数和厚度的一般步骤：
1. 准备样品：制备具有所需薄膜的样品，并确保样品表面光洁、无杂质。
2. 设定测量系统：搭建适当的测量系统，通常包括光源、光谱仪和探测器。
光源可以是白光或单色光源，而光谱仪用于分析反射光的波长。
探测器用于测量反射光的强度。
3. 调整测量角度：通过调整入射光的角度，使得反射光在薄膜表面发生干涉。
一般情况下，采用垂直入射或斜入射的角度。
4. 进行测量：记录反射光谱，即测量不同波长下的反射光强度。
可以通过旋转样品或改变入射角度来扫描不同的波长。
5. 数据分析：根据测量得到的反射光谱，使用合适的模型或算法来拟合数据并提取薄膜的光学常数和厚度。
常用的模型包括逆向薄膜设计、多层堆积模型等。
6. 结果解释：根据数据分析的结果，获得薄膜的折射率、消光系数和厚度等光学参数。
这些参数可以提供关于薄膜材料的光学性质和厚度信息。
需要注意的是，反射干涉光谱法在实际应用中可能还受到其他因素的影响，如表面粗糙度、样品的吸收等。
因此，在进行测量和数据分析时，需要综合考虑这些因素，并选择合适的模型和方法来准确地测量光学常数和厚度。
专业的光学仪器和专家的指导可以在实际操作中提供更准确和可靠的结果。
白光干涉测薄片厚度
指导老师：杨红卫 小组成员：孙金荣、王玉奇 李启亮、周绩
报告内容：
1.仪器介绍及原理分析
2.实验进程及结果
3.实验过程中遇到的问题及解决办法 4.致谢
麦克耳逊设计仪器是为 了测量“以太”的漂移 速度，经过多年的实验， 得出的却是“零结果”。 这一著名的“零结果” 就成了19实际末物理学 晴空中的两朵乌云之一。 对麦克耳逊实验结果的 深入研究，最终导致了 爱因斯坦狭义相对论的 诞生。麦克耳逊对这个 实验前后进行了将近50 年，实验耗费了他的整 个生命。
实验原理 准直
从光源发出的一束光 打向分束镜（半反半 透镜），被分成强度 相等的两束光，分别 垂直地射到反射镜 M1，M2上。分别调 节两镜使得两束光沿 原光路返回，打入激 光孔。M1、M2’平行。
半反射模
G1
G2
两束光的传播方程分别为：
π E’=A’sin[2π(2d’ +2nL’)/λ+φ’+ψ’+ωt]
垂直，清晰
将薄片加在M2镜前面，继 续逆时针调节微调鼓轮直 到干涉黑条纹与刻度线再 次重合，记录干涉仪读数， 两者之差即为薄片光程。 由公式 △d=L(n-1) 给定n,读出△d，可计算出 透明薄片的厚度L。
实验中遇到的问题
问题1：实验开始前为什么要调准直？ 分析原因：使用激光光源首先要调出等倾干涉，调 节准直后，M1、M2镜两镜面平行，加上扩束镜 后就会出现等倾干涉条纹。所以调准直是实验进 行的必要步骤。
问题4：加上薄片后为什么出现彩色圆环？ 分析原因:加上薄片之后光路原理并没有发生改变， 只是光程增加，所以是薄片的平行度不高。 解决方法：换平行度更高的薄片。
光的干涉测量薄膜厚度
4)假如把单色光换成白光,想看到干涉条纹必须满足什么 条件 。 如果用白光作为光源(因为白光是有好几种光组成的,单一 的光受干涉波动比较小,多种光受的干涉比较大,就丰富了, 之间的差别就更明显,参照性更强.如果单纯的一种光源,对 比性不够强,很多内部的区别表现不够明显……),无论是 电光源还是面光源,要看到干涉条纹,必须满足光程差小于 光源的相干长度的要求,即2d c o s i<ΔL.对于具有连续 光谱的白光,ΔL极小,因而仅当d约等于0时,才能看到彩色 的干涉条纹。
实验.测量1A薄膜厚度
一，实验目的：测量1A薄膜的厚度 二，实验工具：迈克尔逊干涉仪，厚度未知折射率为n的 透明薄膜 三，实验原理：利用试验时两条光路的光程差 和试验时条纹前后条纹移动数N条。最后利用公式： n(D-d)=N人
熟悉了解迈克尔逊干涉仪
主要内容：
1. 了解迈克尔逊干涉 仪结构及原理 2.仪器的调节
1.
迈克尔逊干涉仪光路及结构
反射镜 M1
M1 M2
反 射 镜 M2
M1 移动导轨
单 色 光 源 分光板 G1
补偿板 G 2
成 45 角
G1//G 2 与 M1 , M2
M 2 的像 M'2
反射镜 M 1
单 色 光 源
d
M1 M2
反 射 镜 M2
G1
G2
当 M1 垂直于 M 2 时，可形成等倾 干涉条纹.
知道了用上面的方法来测折射率就很容易求得一个玻璃薄 片的厚度,跟上面的第一跟第二个步骤是一样的,第三个步 骤只需把除以介质的厚度改成折射率就可以求得该介质的 厚度了. (2)转动手轮时干涉条纹吞吐以及干涉条纹的疏密的原因 是什么 1.在两光源非常近的时候(极限情况重合),两光源到轴外 点的距离差异与两光源到平面中心点的距离差异近乎相同 差值很小,意味着光程差在很大的角度内变化不大,条纹疏. 2.当两个光源距离比较远时(比如说考虑成一个光源就在 平面上,令一个光源与之有一定距离):两光源到轴外点的 距离差异与两光源到平面中心点的距离差异相比较可知差 别较大,意味着光程差在于第一种情况相同的角度区间中 变化要大,条纹密。
应用白光共焦光谱测量金属薄膜厚度
应用白光共焦光谱测量金属薄膜厚度马小军;高党忠;杨蒙生;赵学森;叶成钢;唐永建【摘要】To precisely measure the thickness and thickness distribution of a self-supporting metal film, the measurement technology based on a chromatic confocal spectral sensor was established. The measurement principle and system structure were descripted in detail, and the measurement uncertainty was analyzed. The thickness and thickness distribution of the self-supporting metal film with the thickness between 10-100 μm were tested using the sensor group, prec ise displacement platform and precise calibrated samples. The measurement uncertainty was evaluated based on analysis of sensor accuracy, the uncertainty of calibration sample thickness, the positioning accuracy of two sensors and the system repetition uncertainty. Experimental results indicate that the measurement uncertainty is about 0.12 μm,which satisfies the requirements of Inertial Confinement Fusion(ICF) for target parameter measurement in high stabilization, high precision and non-destruction.%为了精确测量自支撑金属薄膜厚度及其厚度分布,提出了基于白光共焦光谱传感器的金属薄膜厚度测量技术.介绍了该技术的测量原理及系统结构,研究了系统的测量不确定度.利用相向对顶安装的白光共焦传感器组、精密位移平台并结合自制的薄膜厚度校准样品,实现了对厚度为10～100 μm的自支撑金属薄膜的厚度及厚度分布的精确测量;通过研究系统的传感器测量不确定度、薄膜厚度校准样品不确定度、上下传感器安装误差及系统重复性测量误差,获得了系统的测量不确定度数据.试验结果表明,该系统的测量不确定度在0.12 μm左右,基本满足惯性约束聚变(ICF)靶参数测量所需的稳定性好、测量精度高、非破坏性测量等要求.【期刊名称】《光学精密工程》【年(卷),期】2011(019)001【总页数】6页(P17-22)【关键词】白光共焦光谱;金属薄膜;膜厚测量;惯性约束聚变【作者】马小军;高党忠;杨蒙生;赵学森;叶成钢;唐永建【作者单位】中国工程物理研究院,激光聚变研究中心,四川,绵阳,621900;中国工程物理研究院,激光聚变研究中心,四川,绵阳,621900;中国工程物理研究院,激光聚变研究中心,四川,绵阳,621900;中国工程物理研究院,激光聚变研究中心,四川,绵阳,621900;中国工程物理研究院,激光聚变研究中心,四川,绵阳,621900;中国工程物理研究院,激光聚变研究中心,四川,绵阳,621900【正文语种】中文【中图分类】O484.5;TH744.1在惯性约束聚变(Inertial Confinement Fusion,ICF)的冲击波传播、辐射烧蚀及状态方程物理实验研究中,常用的靶材料为A l,Cu等10～100μm厚的金属薄膜,由于薄膜厚度及其分布与冲击波速度、压强等物理实验结果直接相关,因此需要精确测量薄膜厚度[1-2]。
用光的干涉法测量薄膜厚度
实验 用光的干涉法测量薄膜厚度在半导体平面工艺中，SiO 2薄膜的质量好坏对器件的成品率和性能影响很大，因此对SiO 2薄膜必须作必要的检查，厚度测量是SiO 2膜质量检查的重要内容之一。
SiO 2膜厚的测量有多种方法：如椭圆偏振仪测量，比色法估计等。
干涉法测SiO 2膜厚是生产中较普遍采用的测量方法，其优点是设备简单，操作方便，无需复杂的计算。
本实验目的是了解干涉显微镜的结构，熟悉测量膜厚的基本原理；掌握用干涉条纹法和弯曲度法测量不同样片膜厚的方法，并测出所给样品的膜厚。
一、实验原理干涉条纹的测量原理是：当用单色光垂直照射氧化层表面时，由于SiO 2是透明介质，所以入射光将分别在SiO 2表面和SiO 2-Si 界面处反射，如图28.1所示。
根据光的干涉原理，当两道相干光的光程差△为半波长的偶数倍，即当λλK K ==Δ22(K=0，1，2，3…)时，两道光的相位相同，互相加强，因而出现亮条纹。
当两道光的光距差△为半波长的奇数倍，即当2)12(λ+=ΔK 时，两道光的相位相反，因而互相减弱，出现暗条纹。
由于整个SiO 2台阶的厚度是连续变化的，因此，在SiO 2台阶上将出现明暗相间的干涉条纹。
图28.1 氧化层厚度测量原理示意图在图28.1中，光束S 2在SiO 2台阶上的反射光束用(1)表示，在SiO 2-Si 界面的反射光束用(2)表示。
根据光程的概念和小入射角的条件，光束(2)在SiO 2内走过的光程应近似为2nX 2，这里n 为SiO 2的折射率，X 2为入射照射处SiO 2厚度。
由图可见，光束(1)和光束(2)的光程差为2nX 2。
假如光束(1)和光束(2)产生的干涉条纹为亮条纹，则下列关系式成立λ2222k nX ==Δ ∴ nk X 222λ=又若光束S 2在SiO 2台阶表面的反射光束和在SiO 2界面处的反射光束产生一个与上述亮纹相邻的亮条纹。
则同样应有下式成立λ)1(2233+==ΔK nX ∴ nk X 2)1(23λ+=由此可知，两个相邻亮条纹之间的SiO 2层的厚度差为 nn k n k X X 222)1(2223λλλ=−+=− 同样，两个相邻暗条纹之间的SiO 2层的厚度差应为n2λ。
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随着信息产业的发展，光学薄膜的需求不断增大，对器件特性的要求也越来越高。物 理厚度是薄膜最基本的参数之一，它会影响整个器件的最终性能，因此快速而精确地测量薄 膜厚度具有重要的意义。台阶仪是常用的厚度测试方法，然而它需要在样品上制作台阶，并 且测试中机械探针与样品接触，会对一些软膜的表面造成损伤，因而非破坏的光学手段是更 为理想的方法。
其中 a exp （- 4id / ）
此公式是在待测薄膜层的吸收较小的情况下推出的。r (n n0 ) /(n n0 ) ,如果精确计
算 ，n 应用 来代替。在吸收很小的情况下，其对计算结果的影响很小，并最后能得到方
程(2)，由于薄膜在吸收很小的区域，n、k 的变化不是很大，所以方程的极大和极小值出现 在
1、如图 3 所示，将 Y 型光纤一端标有光源的光纤与光纤光源连接。将标有光谱仪的一 端与光纤光谱仪连接。将探测端与薄膜测厚支架连接，并固定稳定。
图 3 实验原理图
2、软件安装后，按
可以开始测量。
3、保存参考光谱：取一块待测，未镀膜的光学基底，放置于光纤探测端下方，调整适
当的探测高度约 10mm，CCD 积分时间
如图 1 所示，在折射率为 n1 的基板上镀有复数折射率为 厚度为 d 的一层薄膜，放在
折射率为 n0 的空间。假定薄膜的复数折射率 n1 ik ，当一束光以幅度 A 从 n0 空间 垂直入射( 0 )到膜表面时(为便于分析，图中入射光有一定角度，实际测量中此角度一
般很小，对测量的影响可以忽略不 计)，由于多次反射，在膜上表面有一系列的反射光，它 们的幅 度分别为 A 、A 、A3⋯⋯
长的变化曲线就能够测量出来，这样可以根据每一波长计算出 k。 注意事项
（1）此光源必须在较干燥的环境中使用和保存。 （2）此设备应避免与其他热源接触。
（3）此设备必须与使用与仪器匹配的电源供电，否则会随坏设备。 （4）避免设备跌落。 （5）避免有水渗入机壳。 （6）避免人眼直视出光口。
四、实验内容及步骤
A2 Ars exp i( )
A3 At(rs)2 r texp(2t( ))
……..
式中 r、r 、t、t 为光从 n。空间进人到膜和光从膜进人到 n。空间的幅度反射系
数和透射系数：他们之间有如下关系：
tt rr 1, r r
r 为光从膜入射到硅片的幅度反射系数, s 与基板的光吸收有关。它影响经基板反射
传统的测量薄膜物理厚度的光学方法主要有光度法和椭偏法两种。其中光度法是通过 拟合分光光度计测得的透/反射率曲线来得到光学薄膜厚度的一种方法，但它要求膜层较厚 以产生一定的干涉振荡并且只能测量弱吸收膜;椭偏仪测量具有灵敏度高的优点，但是受界 面层等因素的影响，需要复杂的数学模型来求解厚度，上述方法已经成功而广泛地应用在各 个领域，然而，随着近年来微光机电系统等微加工技术的发展，经常需要在高低起伏的基板 上(patterned substrate)沉积薄膜，因此用测量表面轮廓的白光干涉仪来进行薄膜厚度测 试的方法引起了人们的关注。
1 N n n0 1 N
(6) (7)
22 N
R R max min
(R R max min
1) 2
4(Rmax
R )2 min
（2 Rmax - Rmin）
我们对这个方法进行进一步简化处理，即认为 Rmax 和 Rmin 是 的连续函数，对于每一 个 都有与其相对应的折射率 n 和 a，图 2 是一个典型的硅基板上玻璃薄膜的反射光的干涉
一、实验目的
1．了解薄膜的性质与应用； 2．了解光纤光谱仪的原理与应用； 3．掌握薄膜厚度的测量方法。
二、 实验仪器
卤钨光源，Y 式反射式光纤，光纤光谱仪，K9 基底 MgF2 增透塑料薄膜测试片一组，Si 衬底 SiO2 薄膜测试片一组，光具座，计算机及测试软件等。
三、实验原理
薄膜测量系统是基于白光干涉的原理来确定光学薄膜的厚度。白光干涉图样通过数学 函数的计算得出薄膜厚度。对于单层膜来说，如果已知薄膜介质的 n 和 k 值就可以计算出它 的物理厚度。
图谱。图中虚线部分即为 Rmax 和 Rmin 的包络曲线。这样针对每一波长我们皆可计算其对应 的 n 和 a 值，而不是仅局限于极值点。
图 2 硅基板上玻璃薄膜的反射光的干涉图谱 知道 n，利用方程(3)，薄膜的厚度就可从测量各个极大和极小值得以计算出来
d
M12
(8)
2(n11 - n 2 2 )
这里，M 为两个扳大值或极小值之间的干涉条纹数(M =1，表示相邻的两个极大值或
极 小 值 ) ， n1、1、n 2、2 为 相 应 折 射 率 和 波 长 。 知 道 厚 度 d 和 a 后 ， 据 方 程 式
a exp（- 4id / ），又知 r n2 n1 ，对于实验中使用的硅片，其吸收和折射率随波 n2 n1
4nd m
(3)
处 m =0，1，2⋯ 即：
1 2
2m
2dn1
2 2
(2m
1)
2dn2
3 2
(2m
2)
ห้องสมุดไป่ตู้
2dn3
由 4 式可计算出所镀膜层厚度。
(4) (5)
内容拓展：
我们得到的方程的极值点为
Rmax
( r a )2 1 ra
Rmin
( r - a )2 1- ra
通常情况下，由于薄膜的吸收很小，一般我们有从 a>r 以上方程可以得到
的光的幅度。基板的吸收越小,s 的值越接近于 1。位相差 4d / ．在吸收较小的情
况下。多束光相干叠加得到反射场的光幅度值：
rexp（- 4id / ） r AR A1 rrsexp（- 4id / ）
（1）
我们得到反射率
R r 2 a2 2r cos(4nd / )
(2)
1 r 2a2 2racos(4nd / )
n0
ƞ
n1
图 1 光在镀有折射率为 膜层折射率为 n1 的基板光路示意图
考虑到光从光疏媒质入射到光密媒质，且入射角小于布鲁斯特角时，反射光与入射光 之间有半波损，硅片的折射率较高 (在波长为 632.8 nm 时，折射率为 3.88)，所以光波经过 其反射后有半波损。我们得到反射光的幅度为：
A1 Ar exp(i )