白光干涉仪的光谱干涉模式原理

白光干涉仪的光谱干涉模式原理

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https://m.163.com/dy/article/JNQCC40F0556AG5J.html

白光干涉仪作为一种精密测量仪器，在材料科学、微机电系统（MEMS）、航空航天等领域具有广泛的应用前景。本文将详细介绍白光干涉仪的光谱干涉模式原理及其应用，帮助读者深入了解这一先进的测量技术。

基本原理

白光干涉仪利用干涉原理测量光程之差，从而测定有关物理量。在光谱干涉模式中，白光作为光源，其发出的光经过扩束准直后，通过分光棱镜等光学元件被分成两束相干光。一束光经被测表面反射回来，另一束光经参考镜反射。两束反射光最终汇聚并发生干涉，形成干涉条纹。

光谱干涉的特点

1. 白光光源：白光属于多色光，具有连续的光谱。这使得白光干涉仪能够在宽光谱范围内进行干涉测量，从而获取更多的被测表面信息。
2. 干涉条纹的移动：两束相干光间光程差的任何变化都会灵敏地导致干涉条纹的移动。在光谱干涉模式中，干涉条纹的移动与光的波长有关，不同波长的光会形成不同的干涉条纹。
3. 光谱分析：通过光谱仪等光学元件，可以将干涉信号转化为不同波长光谱的测量。这些光谱信息包含了被测表面的高度、形貌等物理量信息。

光谱干涉的测量过程

1. 光路设置：在白光干涉仪中，通过设置适当的光路，使得参考光和测量光能够发生干涉。这通常包括光源、分束器、参考光路和待测光路等部分。
2. 干涉信号获取：当两束相干光发生干涉时，会形成干涉条纹。通过干涉仪的接收屏或探测器，可以获取干涉信号的强度分布。
3. 光谱分析：将干涉信号输入到光谱仪中，进行光谱分析。光谱仪会将干涉信号转化为不同波长光谱的测量，从而获取被测表面的高度、形貌等物理量信息。
4. 数据处理：对光谱仪获取的数据进行处理和分析，得到被测表面的三维形貌图或其他相关物理量信息。

应用与优势

光谱干涉模式在白光干涉仪中具有广泛的应用。它可以用于测量各种材料的表面形貌、薄膜厚度、折射率等物理量。与其他测量方法相比，光谱干涉模式具有更高的测量精度和更广泛的测量范围。此外，它还具有非接触式测量、无损检测等优点，适用于各种复杂表面的测量。

实际应用案例

TopMap Micro View白光干涉3D轮廓仪是一款可以“实时”动态/静态 微纳级3D轮廓测量的白光干涉仪，具有以下特点：

1. 一改传统白光干涉操作复杂的问题，实现一键智能聚焦扫描，亚纳米精度下实现卓越的重复性表现。
2. 系统集成CST连续扫描技术，Z向测量范围高达100mm，不受物镜放大倍率的影响的高精度垂直分辨率，为复杂形貌测量提供全面解决方案。
3. 可搭载多普勒激光测振系统，实现实现“动态”3D轮廓测量。

实际案例

1. 优于1nm分辨率，轻松测量硅片表面粗糙度测量，Ra=0.7nm
   

2. 毫米级视野，实现5nm-有机油膜厚度扫描

3. 卓越的“高深宽比”测量能力，实现光刻图形凹槽深度和开口宽度测量。

综上所述，白光干涉仪的光谱干涉模式原理是基于光的干涉和光谱分析原理，通过测量干涉条纹的移动和光谱信息来获取被测表面的物理量信息。该模式具有高精度、广测量范围和非接触式测量等优点，在材料科学、微机电系统（MEMS）、航空航天等领域具有广泛的应用前景。