| 薄膜厚度测量
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铌酸锂（LiNbO₃）是一种具有优异电光、声光及非线性光学特性的多功能晶体材料[1]，广泛应用于光通信、光调制器和非线性光学器件[2]中。随着产业技术的迭代升级，铌酸锂薄膜的制备工艺日趋精密，其厚度已进入几十至几百纳米的纳米尺度范畴。在此背景下，生产环节需要一种能够实现纳米级精度、快速且无损的薄膜厚度测量手段[3]。
复享光学推出的MetronFilm反射膜厚测量仪[4]为此提供了高效解决方案。该设备基于先进的反射膜厚测量技术，可对透明、半透明薄膜及多种半导体薄膜进行无损检测。不仅能精准测量薄膜厚度，还能同步获得光学常数n&k，且测量重复精度高达0.02 nm。其非接触式测量手段避免了对样品表面的物理损伤，能满足工业生产线对高效、高精度的检测需求。
核心原理
反射膜厚测量基于薄膜多光束干涉原理，当宽光谱白光垂直入射到薄膜表面时，在“空气-薄膜”与“薄膜-基底”两个界面处各自反射，产生的光程差Δ =2nd（n为薄膜折射率，d为膜厚）随波长变化而发生干涉如图1所示：
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图1，多光束干涉原理示意图
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在实际测量中，为消除光源波动与环境干扰对测量结果的影响，系统首先完成光谱校准：采集参考样品光谱Iref(λ)与暗光谱Idark(λ)，再采集待测试样的样品光谱Isam(λ)，并通过下式计算样品的反射率：
R(λ) = [Isam(λ) – Idark(λ)] / [Iref(λ) – Idark(λ)]
获得反射率R(λ)后，将其代入菲涅尔反射模型。空气-薄膜界面反射系数r01与薄膜-基底界面反射系数r12的计算公式如下：
r01= (n0–n1)/(n0+n1)
r12= (n1–n2)/(n1+n2)
（其中，n0为空气折射率，n1为薄膜折射率，n2为基底折射率）
最后，通过专用算法对反射光谱进行反演拟合，结合上述光学模型与干涉光程差关系，即可精准求解出薄膜的厚度d，并同步得到其光学常数n&k的色散曲线，实现厚度与光学参数的同步高精度测量。
MetronFilm关键技术参数
为适应不同应用场景的检测需求，复享光学提供MetronFilm与MetronFilm-EX两款反射式膜厚测量仪，其核心参数对比如表1所示：
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表1，MetronFilm与MetronFilm-EX核心参数对比表
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铌酸锂薄膜实测结果
为验证MetronFilm对纳米级铌酸锂薄膜的测量性能，实验选取在Si/SiO₂基底（SiO₂层厚度4.6μm）上制备的铌酸锂薄膜样品（出厂检测厚度为360nm）进行测试，MetronFilm设备实物图和样品的结构示意图分别如图2a和图2b所示。
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图2，(a) MetronFilm实物图与(b)样品分层结构示意图
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使用MetronFilm在380~1100nm波段采集全谱数据，获得的反射率干涉图谱与n&k色散曲线如图3a和3b所示。
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图3,铌酸锂薄膜反射光谱与n&k色散曲线
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反射率图谱呈现出清晰且规整的周期性干涉条纹，算法拟合曲线与实测数据点高度重合，拟合优度达95%。这充分证明MetronFilm内置光学模型对铌酸锂薄膜材料的适配性。同时，仪器实际测得的样品参数如下表2所示：
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表2，测试样品及实际测量参数表
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与标称值高度一致，进一步验证了其在纳米级铌酸锂薄膜测量中的高精度与可靠性。
结论
复享光学MetronFilm系列反射膜厚测量仪，凭借其纳米级重复精度、秒级测量速度和无损检测三大核心优势，成功实现了对铌酸锂薄膜的厚度与光学常数n&k的同步精准表征。测试结果验证了该设备对铌酸锂薄膜卓越的测量能力，能够为薄膜铌酸锂光电子器件的研发与规模化生产提供高效、可靠的数据支撑，具有广阔的应用前景。
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