一、 核心測量原理

　　當一束光照射到薄膜表面時，會發(fā)生反射、折射、干涉和偏振等多種光學現(xiàn)象。光學膜厚傳感器正是通過精確探測和分析這些現(xiàn)象的變化，來反演出薄膜的厚度信息。其基本物理原理主要基于光的干涉效應。

　　光的干涉：當光波從薄膜的上表面和下表面（即薄膜與基底的界面）反射時，會產生兩束或多束反射光。這些光束由于經過的光程不同，存在相位差。當它們相遇時會發(fā)生干涉——相位相同則加強（相長干涉），相位相反則減弱（相消干涉）。這種干涉效應導致反射光的強度隨波長（或入射角）周期性變化，形成干涉圖樣（光譜）。薄膜的厚度（d）與干涉條紋的周期（Δλ）直接相關，基本關系為 `2nd ≈ mΔλ` （n為薄膜折射率，m為干涉級次）。通過分析干涉光譜，即可計算出厚度。

　　二、 主要測量技術

　　基于上述原理，發(fā)展出了多種成熟的光學測量技術，每種技術各有側重和適用場景。

　　1.  光譜反射法

　　原理：這是常用、成本相對較低的技術。傳感器使用寬譜光源（如氙燈、鹵素燈）照射樣品，收集從樣品表面反射回來的光，并用光譜儀分析其反射率隨波長的變化曲線（即反射光譜）。對于單層透明膜，光譜上會出現(xiàn)明顯的干涉條紋（振蕩）。通過建立樣品的光學模型（基底+薄膜），并利用擬合算法將計算出的理論光譜與實測光譜進行匹配，即可精確求解出薄膜的厚度和折射率。

　　2.  橢圓偏振光譜法

　　原理：這是一種更為精密和強大的技術。它不直接測量反射光的強度，而是測量光經樣品反射后，其偏振態(tài)發(fā)生的變化。具體測量兩個橢偏參數(shù)：Ψ (Psi) 和 Δ (Delta)。Ψ 表示反射前后p波和s波振幅比的改變，Δ 表示p波和s波相位差的改變。這些參數(shù)對薄膜的厚度和光學常數(shù)（n, k）敏感，尤其是對超薄膜和多層結構。

　　3.  白光干涉法

　　原理：利用寬譜光源（低時間相干性）的干涉特性。傳感器（通常是顯微鏡配置）將光束分束，一束照射樣品表面，另一束照射參考鏡。當兩束光的光程差在光源相干長度內時，才會產生干涉條紋。通過垂直掃描（Z軸移動）樣品或參考鏡，記錄干涉信號較強的位置，即可確定表面高度。對于薄膜，通過分析干涉圖樣的包絡或相位，可以計算出膜厚。

　　4.  激光干涉法

　　原理：使用單色激光作為光源。通過監(jiān)測反射光強度隨時間（或樣品移動）的干涉條紋變化周期來計算厚度。常用于在線、實時測量，如在鍍膜過程中監(jiān)控膜厚增長。

　　光學膜厚傳感器通過巧妙地利用光的干涉、反射和偏振等基本物理現(xiàn)象，實現(xiàn)了對薄膜厚度的非接觸、高精度測量。光譜反射法、橢圓偏振光譜法、白光干涉法和激光干涉法各有千秋，分別在通用性、精度、三維測量和實時監(jiān)控等方面發(fā)揮著重要作用。理解這些技術的原理和特點，有助于用戶根據(jù)具體的應用需求（如材料類型、厚度范圍、精度要求、生產環(huán)境）選擇合適的測量方案。