CN114894106B - 一种不透明样品厚度测量系统及方法 - Google Patents

一种不透明样品厚度测量系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于光学测量领域，涉及一种不透明样品厚度测量系统及方法。系统包括：SLD光源、光谱仪、第一光纤耦合器、第二光纤耦合器、第三光纤耦合器、参考端结构、测量端结构。所述第一光纤耦合器分别与所述SLD光源及所述光谱仪连接，第二光纤耦合器及第三光纤耦合器与第一光纤耦合器连接；参考端结构包括：上表面参考端探头及其调整架、第一反射镜、下表面参考端探头及其调整架、第二反射镜；所述测量端结构包括：上表面测量端探头及其调整架，下表面测量端探头及其调整架，样品载物台。本发明无需机械扫描，减小测量时间，提高测量效率。保证上、下表面的干涉光谱信号处于同一时间，消除系统随时间产生的漂移对测量结果的影响。

Description

一种不透明样品厚度测量系统及方法
技术领域
本发明属于光学测量领域，特别涉及一种基于双干涉探头的不透明样品厚度测量系统及方法。
背景技术
在工业生产领域中，样品的厚度是一个非常重要的参数。样品的厚度在一定程度上决定了其是否能够正常工作，不同厚度反映出材料的力学性能、透光性能、表面结构等也不相同，特别是样品需要和其他工艺配合时，对厚度的精准控制和测量凸显出重要性。
目前针对不透明样品厚度的测量方法可分为接触式和非接触式。探针接触式测量会导致样品的表面轻微损伤；利用X射线透射能力的非接触式测量根据透过样品后的衰减程度实现被透射样品厚度的实时测量，但不同的被测材料需要对测量值进行校准，且X射线对人体具有辐射性，需要安全认证和维护成本；利用电涡流效应的非接触式测量仅可实现对金属片的厚度测量，且与所测金属种类有关，并不适用于广泛的不透明样品。
随着技术的不断发展，光学测量方法由于其具有高精度、非接触式等优点，开始广泛的应用于工业生产领域。但现有光学测量手段多用于测量薄膜样品，无法测量较厚样品，且测量时间长，测量系统复杂，测量精度低。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种可以测量不透明且具有一定厚度的样品，测量速度快，精度高的系统及方法。
本发明的第一方面是提供了一种不透明样品厚度测量系统，包括：
SLD光源；
光谱仪，用于采集干涉光谱信号；
第一光纤耦合器，所述第一光纤耦合器分别与所述SLD光源及所述光谱仪连接，用于将光源分束且采集干涉信号；
第二光纤耦合器，所述第二光纤耦合器与所述第一光纤耦合器连接；
第三光纤耦合器，所述第三光纤耦合器与所述第一光纤耦合器连接；
立柱；
参考端结构，所述参考端结构包括：
上表面参考端探头，与所述第二光纤耦合器连接；
上表面参考端探头调整架，用于调整所述上表面参考端探头的角度，安装在所述立柱上；
第一反射镜，安装在所述上表面参考端探头的正下方且间隔一定距离；
第一反射镜位移台，用于支撑并移动所述第一反射镜，安装在所述立柱上；
下表面参考端探头，与所述第三光纤耦合器连接；
下表面参考端探头调整架，用于调整所述下表面参考端探头的角度，安装在所述立柱上；
第二反射镜，安装在所述下表面参考端探头的正上方且间隔一定距离；
第二反射镜调整架，用于调整所述第二反射镜的角度，安装在所述立柱上；测量端结构，所述测量端结构包括：
上表面测量端探头，正对样品上表面，与所述第二光纤耦合器连接；
上表面测量端探头调整架，用于调整所述上表面测量端探头的角度，安装在所述立柱上；
下表面测量端探头，正对样品下表面，与所述第三光纤耦合器连接；
下表面测量端探头调整架，用于调整所述下表面测量端探头的角度，安装在所述立柱上；
样品载物台，用于放置样品，安装在所述上表面测量端探头与所述下表面测量端探头之间，具有XY方向位移功能；
位移台，用于调整下表面测量端探头的XYZ方向。
进一步地，所述第一光纤耦合器为2×2单模光纤耦合器。
进一步地，所述第二光纤耦合器及第三光纤耦合器均为50:50耦合比的1×2单模光纤耦合器。
进一步地，所述上表面参考端探头、下表面参考端探头、上表面测量端探头、下表面测量端探头均为单模GRIN光纤探头。
本发明的第二方面是提供了一种基于上述测量系统的测量方法，包括如下步骤：
1)对齐两个正对样品上、下表面的测量端探头，保证两个探头测量点位于样品表面的同一垂直线上；
2)使用已知厚度H0的不透明标准样品标定测量样品上表面和下表面两个干涉系统的绝对距离，即放入标准样品，采集此时的干涉光谱信号并进行数据处理，得到用于测量标准样品上表面的干涉系统中参考端与测量端探头之间的绝对距离d1，用于测量标准样品下表面的干涉系统中参考端与测量端探头之间的绝对距离d2；
3)计算得到两个干涉系统的零光程差位置之间的距离L＝H0+d2-d1；
4)完成标定后，放入待测样品，采集此时的干涉光谱信号并进行数据处理，得到用于测量待测样品上表面的干涉系统中参考端与测量端探头之间的绝对距离d′1，用于测量待测样品下表面的干涉系统中参考端与测量端探头之间的绝对距离d′2；
5)综上可计算待测样品的厚度H＝L+d′1-d′2。
步骤1)包括：
(1.1)打开SLD光源，放入标准样品，调节测量上表面测量端探头与标准样品垂直，使测量标准样品上表面的干涉系统获得最佳干涉光谱信号，调节下表面测量端探头与标准样品垂直，使测量标准样品下表面的干涉系统获得最佳干涉光谱信号；
(1.2)拿走标准样品，仅断开第一光纤耦合器和测量样品下表面的干涉系统的连接，将下表面测量端探头直接连接光谱仪，此时测量样品上表面测量端探头作为光源的出射端，下表面测量端探头作为接受光源的入射端；
(1.3)固定测量标准样品上表面测量端探头不动，以测量上表面测量端探头为基准，改变位移台的XY方向移动下表面测量端探头，直至下表面测量端探头接收到光功率的值最大，以此判断两个测量探头对齐；
(1.4)恢复第一光纤耦合器和测量样品下表面的干涉系统连接，在此之后的测量步骤均保持上表面测量端探头与下表面测量端探头固定不动。
步骤2)、4)所述的对干涉光谱信号进行数据处理得到绝对距离的具体方法是利用傅里叶变换提取干涉光谱信号的相位信息，斜率法解算参考端与测量端探头之间的绝对距离。说明：由于光谱仪同时采集测量样品上、下表面两个干涉系统的绝对距离，在采集干涉光谱信号之前，需要调节系统使d1和d2有一定的距离间隔，避免信息重叠。具体步骤包括：
(2.1)对采集到的干涉光谱信号进行傅里叶变换，采集到的干涉光谱信号包含了样品上表面干涉信号和样品下表面干涉信号，将信号从时域变换到频域中；
(2.2)提取频域信号的幅值信息，根据频域信号的两个峰的位置分别确定信号加窗位置，提取包含相位信息的有效信号；
(2.3)对有效信号进行逆傅里叶变换，得到有效时域信号，提取有效时域信号的虚部信息得到包裹相位，对包裹相位进行解包裹得到干涉光谱信号的相位信息Φ；
(2.4)干涉光谱信号的相位信息Φ中，由测量端和参考端之间的绝对距离引入的相位和波数的线性关系为：
式中，d为绝对距离，为波数。
将干涉光谱信号的相位信息Φ和波数k进行线性拟合得到的斜率除以4π的结果即参考端与测量端探头之间的绝对距离d；
(2.5)根据频域信号中两个峰分别提取到有效信号后，均执行(2.3)和(2.4)的步骤，从采集到的干涉信号光谱中同时解算出d1、d2值；
步骤3)、5)所述的计算公式中样品上、下表面两个干涉系统的绝对距离采用“一加一减”，实际是将测量样品上、下表面两个干涉系统的测量探头调整到以零光程差为基准的不同方向。这是因为若载物台或样品倾斜，对于测量样品上、下表面的测量端探头造成的误差是相同的，原理误差均为：
式中，δ为测量端探头至样品表面的光程，θ为载物台或样品对于两个测量端探头对齐方向的倾斜角度的2倍。因此，将样品上、下表面两个干涉信号解算的绝对距离采用相减法，可以减小载物台或样品倾斜引起测量结果的误差。
本发明的一种双干涉探头的不透明样品厚度测量系统及方法，使用双探头通过对已知厚度的标准样品进行标定得到测量样品上、下表面两个干涉系统的零光程差位置之间的距离；使用光谱仪采集干涉光谱信息；使用傅里叶变换法获取采集到干涉光谱信号的相位信息，斜率法计算获取绝对距离，进而实现样品厚度测量。该测量系统只需要进行一次标定，测量方法简单易行，测量系统结构小巧紧凑，极大方便了对样品厚度的测量。
与现有技术相比，本发明的主要优势体现在：
(1)本发明的测量系统主要由光纤器件组成，减小系统空间占用，减小外界环境的影响，提高系统稳定性，同时极大方便了系统的调节。
(2)本发明无需机械扫描，减小测量时间，提高测量效率；且本发明直接对光谱仪采集的干涉光谱信号进行处理，样品厚度测量范围主要由光谱仪的分辨率决定，因此，使用高分辨率光谱仪可保证系统具有较大的测量范围。
(3)本发明中样品上、下表面的干涉光谱信号由光谱仪同时采集，保证上、下表面的干涉光谱信号处于同一时间，消除系统随时间产生的漂移对测量结果的影响。
(4)本发明中厚度的解算采用相减法，有效减小了由于载物台倾斜或样品倾斜对测量结果带来的误差。
附图说明
图1是本发明基于双干涉探头的不透明样品厚度测量系统结构图；
图2是本发明基于双干涉探头的不透明样品厚度测量系统的光路图；
图3是本发明中获取参考端与测量端之间绝对距离数据的流程图；
图4是本发明中考虑载物台或样品倾斜误差的原理图；
图5是本发明中光谱仪同时采集样品上、下表面干涉信号的干涉光谱图；
图6是本发明中数据处理时频域信号对应测量上、下表面绝对距离说明图；
图中
1：SLD光源；2：第一光纤耦合器；3：第二光纤耦合器；4：第三光纤耦合器；
5：参考端结构；501上表面参考端探头；502上表面参考端探头调整架；503第一反射镜；504第一反射镜位移台；505下表面参考端探头；506下表面参考端探头调整架；507第二反射镜；508第二反射镜调整架；
6：测量端结构；601上表面测量端探头；602上表面测量端探头调整架；603a样品上表面、603b样品下表面；604样品载物台；605下表面测量端探头；606下表面测量端探头调整架；607位移台；
7：光谱仪；8：立柱；
E1：上表面参考端探头501采集的第一反射镜503的反射光；
E2：下表面参考端探头505采集的第二反射镜507的反射光；
E3：上表面测量端探头601采集的样品上表面603a的反射光；
E4：下表面测量端探头605采集的样品下表面603b的反射光；
E5：系统标定时上表面测量端探头601进入下表面测量端探头605的光；
d1：测量标准样品上表面的干涉系统中参考端探头501与测量端探头601之间的绝对距离；
d2：测量标准样品下表面的干涉系统中参考端探头505与测量端探头605之间的绝对距离；
L：测量样品上、下表面两个干涉系统的零光程差位置之间的距离；
H：标准样品厚度；
δ1：上表面测量端探头601至样品上表面的光程；
δ′1：上表面样品反射光至上表面测量端探头601的光程；
δ2：下表面测量端探头605至样品下表面的光程；
δ′2：下表面样品反射光至下表面测量端探头605的光程；
θ/2：载物台或样品对于两个上、下表面干涉系统测量端探头对齐方向的倾斜角度。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
需要指出的是，除非另有指明，本申请使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
本发明提出双干涉探头测量不透明样品厚度属于光学测量方法，实现样品上下表面的点对点测量。双干涉探头测量指的是使用两对干涉探头分别测量被测样品的上、下两个表面，两对干涉探头可独立测量，光谱仪同时采集并记录数据，通过对干涉光谱信号进行傅里叶变换，提取相位信息，进一步分析实现对不透明材料厚度的测量，具有非接触、精度高、不需要机械扫描，测量时间快、测量范围大等特点。且该系统采用光纤器件搭建而成，相比较分离元件，具有体积小、受外界环境影响小的优点。
如图1所示，本发明的基于双干涉探头的不透明样品厚度测量系统，包括：
SLD光源1；
光谱仪7，用于采集干涉光谱信号；所述光谱仪7输出连接计算机。
第一光纤耦合器2，所述第一光纤耦合器2分别与所述SLD光源1及所述光谱仪7连接，用于将光源分束的且采集干涉信号；所述第一光纤耦合器2为2×2单模光纤耦合器；
第二光纤耦合器3，所述第二光纤耦合器3与所述第一光纤耦合器2连接，所述第二光纤耦合器3为50:50耦合比的1×2单模光纤耦合器。
第三光纤耦合器4，所述第三光纤耦合器4与所述第一光纤耦合器2连接，所述第三光纤耦合器4为50:50耦合比的1×2单模光纤耦合器。
立柱8，用于支撑各个调整架和位移台、载物台。
参考端结构5，所述参考端结构5包括：
上表面参考端探头501，采用单模GRIN光纤探头，与所述第二光纤耦合器3连接；
上表面参考端探头调整架502，安装在所述立柱8上，用于调整上表面参考端探头501的角度。
第一反射镜503，安装在所述上表面参考端探头501的正下方，间隔一定距离。
第一反射镜位移台504，安装在所述立柱8上，用于调整第一反射镜503的z向移动，进而改变上表面参考端探头501与上表面测量端探头601之间的绝对距离。
下表面参考端探头505，采用单模GRIN光纤探头，与所述第三光纤耦合器4连接；
下表面参考端探头调整架506，安装在所述立柱8上，用于调整下表面参考端探头505的角度。
第二反射镜507，安装在所述下表面参考端探头505的正上方，间隔一定距离。
第二反射镜调整架508，安装在所述立柱8上，主要起到对第二反射镜507的支撑作用，也可以用于第二反射镜507的角度调整。
测量端结构6，所述测量端结构6包括：
上表面测量端探头601，正对样品上表面603a，采用单模GRIN光纤探头，与所述第二光纤耦合器3连接；
上表面测量端探头调整架602，安装在所述立柱8上，用于调整上表面测量端探头601的角度。
下表面测量端探头605，正对样品下表面603b，采用单模GRIN光纤探头，与所述第三光纤耦合器4连接；
下表面测量端探头调整架606，安装在所述立柱8上，用于调整下表面测量端探头605的角度。
样品载物台604，用于放置样品。安装在所述上表面测量端探头601与所述下表面测量端探头605之间，具有XY方向位移功能。
位移台607，用于调整下表面测量端探头605的XYZ方向。
如图3、图4所示，本发明的基于双干涉探头的不透明样品厚度测量系统的测量方法，包括如下步骤：
1)对齐两个正对样品上、下表面的上表面测量端探头601、下表面测量端探头605，保证两个探头测量点位于样品表面的同一垂直线上；包括：
(1.1)打开SLD光源1，放入标准样品，调节测量上表面测量端探头601与标准样品垂直，使测量标准样品上表面的干涉系统获得最佳干涉光谱信号，调节下表面测量端探头605与标准样品垂直，使测量标准样品下表面的干涉系统获得最佳干涉光谱信号；
(1.2)拿走标准样品，仅断开第一光纤耦合器2和测量样品下表面的干涉系统的连接，将下表面测量端探头605直接连接光谱仪7，此时测量样品上表面测量端探头601作为光源的出射端，下表面测量端探头605作为接受光源的入射端；
(1.3)固定测量标准样品上表面测量端探头601不动，即以测量上表面测量端探头601为基准，改变位移台607的XY方向移动下表面测量端探头605，直至下表面测量端探头605接收到光功率的值最大，以此判断两个测量探头对齐。
(1.4)恢复第一光纤耦合器2和测量样品下表面的干涉系统连接，在此之后的测量步骤均保持上表面测量端探头601与下表面测量端探头605固定不动。
2)使用已知厚度H0的不透明标准样品标定测量样品上表面和下表面两个干涉系统的绝对距离，即放入标准样品，采集此时的干涉光谱信号并进行数据处理，得到用于测量标准样品上表面参考端探头501与上表面测量端探头601之间的绝对距离d1，用于测量标准样品下表面参考端探头505与下表面测量端探头605之间的绝对距离d2。由于光谱仪7同时采集测量样品上、下表面两个干涉系统的绝对距离，在采集干涉光谱信号之前，需要调节系统使d1和d2有一定的距离间隔，避免信息重叠。具体数据处理过程如图3所示，包括：
(2.1)对采集到的干涉光谱信号进行傅里叶变换，采集到的干涉光谱信号包含了样品上表面干涉信号和样品下表面干涉信号，将信号从时域变换到频域中；
(2.2)提取频域信号的幅值信息，根据频域信号的两个峰的位置分别确定信号加窗位置，提取包含相位信息的有效信号；
(2.3)对有效信号进行逆傅里叶变换，得到有效时域信号，提取有效时域信号的虚部信息得到包裹相位，对包裹相位进行解包裹得到干涉光谱信号的相位信息Φ；
(2.4)干涉光谱信号的相位信息Φ中，由测量端和参考端之间的绝对距离引入的相位和波数的线性关系为：
式中，d为绝对距离，为波数。
将干涉光谱信号的相位信息Φ和波数k进行线性拟合得到的斜率除以4π的结果即参考端与测量端探头之间的绝对距离d；
(2.5)根据频域信号中两个峰分别提取到有效信号后，均执行(2.3)和(2.4)的步骤，从采集到的干涉信号光谱中同时解算出d1、d2值；
3)计算得到两个干涉系统的零光程差位置之间的距离L＝H0+d2-d1，至此完成标定，且仅需标定一次即可。计算公式中样品上、下表面两个干涉系统的绝对距离采用“一加一减”，实际是将测量样品上、下表面两个干涉系统的测量探头调整到以零光程差为基准的不同方向，可以减小载物台或样品倾斜引起测量结果的误差；
4)开始测量待测样品，即完成标定后，放入待测样品，采集此时的干涉光谱信号并进行数据处理，得到用于测量待测样品上表面603a的干涉系统中参考端探头501与测量端探头601之间的绝对距离d′1，用于测量待测样品下表面603b的干涉系统中参考端探头505与测量端探头605之间的绝对距离d′2。具体数据处理过程包括：
(2.1)对采集到的干涉光谱信号进行傅里叶变换，采集到的干涉光谱信号包含了样品上表面干涉信号和样品下表面干涉信号，将信号从时域变换到频域中；
(2.2)提取频域信号的幅值信息，根据频域信号的两个峰的位置分别确定信号加窗位置，提取包含相位信息的有效信号；
(2.3)对有效信号进行逆傅里叶变换，得到有效时域信号，提取有效时域信号的虚部信息得到包裹相位，对包裹相位进行解包裹得到干涉光谱信号的相位信息Φ；
(2.4)将干涉光谱信号的相位信息Φ和波数k进行线性拟合得到的斜率除以4π的结果即参考端与测量端探头之间的绝对距离d。
(2.5)根据频域信号中两个峰分别提取到有效信号后，均执行(2.3)和(2.4)的步骤，从采集到的干涉信号光谱中同时解算出d′1、d′2值。
5)综上可计算待测样品的厚度H＝L+d′1-d′2。
图5示出了本实施例中光谱仪同时采集样品上、下表面干涉信号的干涉光谱图。
图6示出了本实施例中数据处理时频域信号对应测量上、下表面绝对距离。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种不透明样品厚度测量系统，其特征在于，包括：
SLD光源；
光谱仪，用于采集干涉光谱信号；
第一光纤耦合器，所述第一光纤耦合器分别与所述SLD光源及所述光谱仪连接，用于将光源分束且采集干涉信号；
第二光纤耦合器，所述第二光纤耦合器与所述第一光纤耦合器连接；
第三光纤耦合器，所述第三光纤耦合器与所述第一光纤耦合器连接；
立柱；
参考端结构，所述参考端结构包括：
上表面参考端探头，与所述第二光纤耦合器连接；
上表面参考端探头调整架，用于调整所述上表面参考端探头的角度，安装在所述立柱上；
第一反射镜，安装在所述上表面参考端探头的正下方且间隔一定距离；
第一反射镜位移台，用于支撑并移动所述第一反射镜，安装在所述立柱上；
下表面参考端探头，与所述第三光纤耦合器连接；
下表面参考端探头调整架，用于调整所述下表面参考端探头的角度，安装在所述立柱上；
第二反射镜，安装在所述下表面参考端探头的正上方且间隔一定距离；
第二反射镜调整架，用于调整所述第二反射镜的角度，安装在所述立柱上；
测量端结构，所述测量端结构包括：
上表面测量端探头，正对样品上表面，与所述第二光纤耦合器连接；
上表面测量端探头调整架，用于调整所述上表面测量端探头的角度，安装在所述立柱上；
下表面测量端探头，正对样品下表面，与所述第三光纤耦合器连接；
下表面测量端探头调整架，用于调整所述下表面测量端探头的角度，安装在所述立柱上；
样品载物台，用于放置样品，安装在所述上表面测量端探头与所述下表面测量端探头之间，具有XY方向位移功能；
位移台，用于调整下表面测量端探头的XYZ方向。
2.根据权利要求1所述的不透明样品厚度测量系统，其特征在于，所述第一光纤耦合器为2×2单模光纤耦合器。
3.根据权利要求1所述的不透明样品厚度测量系统，其特征在于，所述第二光纤耦合器及第三光纤耦合器均为50:50耦合比的1×2单模光纤耦合器。
4.根据权利要求1所述的不透明样品厚度测量系统，其特征在于，所述上表面参考端探头、下表面参考端探头、上表面测量端探头、下表面测量端探头均为单模GRIN光纤探头。
5.一种根据权利要求1所述的不透明样品厚度测量系统的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)对齐上表面测量端探头及下表面测量端探头，保证两个探头测量点位于样品表面的同一垂直线上；
2)使用已知厚度H0的不透明标准样品标定测量样品上表面和下表面两个干涉系统的绝对距离，即放入标准样品，采集此时的干涉光谱信号并进行数据处理，得到用于测量标准样品上表面的干涉系统中参考端与测量端探头之间的绝对距离d1，用于测量标准样品下表面的干涉系统中参考端与测量端探头之间的绝对距离d2；
3)计算得到两个干涉系统的零光程差位置之间的距离L＝H0+d2-d1；
4)完成标定后，放入待测样品，采集此时的干涉光谱信号并进行数据处理，得到用于测量待测样品上表面的干涉系统中参考端与测量端探头之间的绝对距离d′1，用于测量待测样品下表面的干涉系统中参考端与测量端探头之间的绝对距离d′2；
5)计算得出待测样品的厚度H＝L+d′1-d′2。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤1)具体包括如下步骤：
(1.1)打开SLD光源，放入标准样品，调节测量上表面测量端探头与标准样品垂直，使测量标准样品上表面的干涉系统获得最佳干涉光谱信号，调节下表面测量端探头与标准样品垂直，使测量标准样品下表面的干涉系统获得最佳干涉光谱信号；
(1.2)拿走标准样品，仅断开第一光纤耦合器和测量样品下表面的干涉系统的连接，将下表面测量端探头直接连接光谱仪，此时测量样品上表面测量端探头作为光源的出射端，下表面测量端探头作为接受光源的入射端；
(1.3)固定测量标准样品上表面测量端探头不动，以测量上表面测量端探头为基准，改变位移台的XY方向移动下表面测量端探头，直至下表面测量端探头接收到光功率的值最大，以此判断两个测量探头对齐；
(1.4)恢复第一光纤耦合器和测量样品下表面的干涉系统连接，在此之后的测量步骤均保持上表面测量端探头与下表面测量端探头固定不动。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤2)、4)所述的对干涉光谱信号进行数据处理得到绝对距离的具体方法是利用傅里叶变换提取干涉光谱信号的相位信息，斜率法解算参考端与测量端探头之间的绝对距离，具体步骤包括：
(2.1)对采集到的干涉光谱信号进行傅里叶变换，采集到的干涉光谱信号包含了样品上表面干涉信号和样品下表面干涉信号，将信号从时域变换到频域中；
(2.2)提取频域信号的幅值信息，根据频域信号的两个峰的位置分别确定信号加窗位置，提取包含相位信息的有效信号；
(2.3)对有效信号进行逆傅里叶变换，得到有效时域信号，提取有效时域信号的虚部信息得到包裹相位，对包裹相位进行解包裹得到干涉光谱信号的相位信息Φ；
(2.4)干涉光谱信号的相位信息Φ中，由测量端和参考端之间的绝对距离引入的相位和波数的线性关系为：
式中，d为绝对距离，为波数；
将干涉光谱信号的相位信息Φ和波数k进行线性拟合得到的斜率除以4π的结果即参考端与测量端探头之间的绝对距离d；
(2.5)根据频域信号中两个峰分别提取到有效信号后，均执行(2.3)和(2.4)的步骤，从采集到的干涉信号光谱中同时解算出d1、d2值。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101868689A (zh) * 2007-08-31 2010-10-20 Abb有限公司 幅片厚度测量设备
KR20140133992A (ko) * 2013-05-13 2014-11-21 한국표준과학연구원 삼차원 박막 두께 형상 측정 방법
CN104280139A (zh) * 2014-10-27 2015-01-14 广州飞拓优视光电科技有限公司 一种动态相位测量装置及方法
CN107167085A (zh) * 2017-04-25 2017-09-15 哈尔滨工程大学 一种共光路自校准薄膜厚度测量装置及测量方法
CN113330274A (zh) * 2018-11-30 2021-08-31 统一半导体公司 使用低相干干涉测量法测量包括不同结构的物体表面的方法和系统
CN113892012A (zh) * 2019-05-20 2022-01-04 威斯康星校友研究基金会 用于高速测量表面起伏的装置
CN114440790A (zh) * 2022-01-27 2022-05-06 浙江大学 同时检测薄壁回转体内外壁面形与厚度分布的方法与装置

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101868689A (zh) * 2007-08-31 2010-10-20 Abb有限公司 幅片厚度测量设备
KR20140133992A (ko) * 2013-05-13 2014-11-21 한국표준과학연구원 삼차원 박막 두께 형상 측정 방법
CN104280139A (zh) * 2014-10-27 2015-01-14 广州飞拓优视光电科技有限公司 一种动态相位测量装置及方法
CN107167085A (zh) * 2017-04-25 2017-09-15 哈尔滨工程大学 一种共光路自校准薄膜厚度测量装置及测量方法
CN113330274A (zh) * 2018-11-30 2021-08-31 统一半导体公司 使用低相干干涉测量法测量包括不同结构的物体表面的方法和系统
CN113892012A (zh) * 2019-05-20 2022-01-04 威斯康星校友研究基金会 用于高速测量表面起伏的装置
CN114440790A (zh) * 2022-01-27 2022-05-06 浙江大学 同时检测薄壁回转体内外壁面形与厚度分布的方法与装置

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
基于光谱光纤低相干的透射样品色散和折射率测量方法;陈朝良;高万荣;;中国激光(第10期);全文 *
基于光谱干涉技术的玻璃厚度及折射率测量方法;赵媛媛;肖作江;梁旭;;红外与激光工程(第02期);全文 *

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