【摘要】 本文介绍基于DVD光头的像散光学轮廓仪薄膜厚度测绘技术，突破传统接触式测量限制，实现微尺度非接触检测，适用于生物薄膜、光学滤光片等工业场景。

薄膜结构在生物组织（如角膜泪膜、细胞膜）和工业领域（太阳能电池、生物传感器）中至关重要。传统厚度测量方法如触针轮廓法、原子力显微镜（AFM）需探针接触样品，存在损伤风险且要求基板暴露；光谱椭偏仪（SE）虽可非接触测量，但依赖复杂建模且横向分辨率有限。

 

像散光学轮廓仪的技术突破

本研究采用基于DVD激光头的像散光学轮廓仪，融合高分辨率、低成本与微尺度横向分辨率优势：

1.​非接触测量：避免样品损伤，消除接触式方法的基板暴露限制

2.​微米级分辨率：突破传统椭偏仪毫米级光束尺寸限制

3.抗干扰设计：像散法有效抑制多次反射问题

图1 (a)沿扫描方向测量厚度的图解。(b)表面上典型的 S 曲线特征。(c)(a)中相应位置的 FES 与 z 轴位移曲线。(d)折射校正的说明

测量原理与流程​（图1示意）

  • ​光电检测：激光经样品反射至四象限PDIC传感器，生成电压信号（SA、SB、SC、SD）
  • ​S曲线定位：聚焦误差信号（FES）随z轴位移呈S曲线特征，上下表面反射形成双峰
  • ​厚度计算：通过上下焦点位移差Df及折射校正（图1d），精准计算薄膜厚度

 

创新技术亮点

1.​z轴调制解耦：分离表面形态与反射率，实现复杂材料表面定量测量

2.​共振扫描技术：提升成像速率，适用于动态薄膜监测

3.折射校正模型：解决透明介质光学路径偏差，提升测量精度

 

应用场景与价值

该方法已成功应用于生物薄膜、光学滤光片等场景，厚度测量范围覆盖纳米至微米级，为水处理、太阳能电池开发提供高性价比解决方案。

 

参考文献：1.Liao, H.-S.; Cheng, S.-H.; Hwu, E.-T. Method for Film Thickness Mapping with an Astigmatic Optical Profilometer. Sensors 2022, 22, 2865. https://doi.org/10.3390/s22082865.

 

科学指南针充分发挥互联网技术和业务优势，在国内率先打造出业界领先的线上化、数字化的科研服务基础设施，在行业内首创用户自主下单、服务全流程追踪、测试“云现场”等模式，进一步提高了大型科学仪器设施开放共享和使用效率，以实际行动助力科技创新。现已发展成为中国专业科研服务引领者，已获得检验检测机构资质认定证书（CMA）、实验动物使用许可证、“ISO三体系认证”等专业认证。

 

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