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白光干涉儀的主要原理及“垂直分辨率”解析
閱讀：4054 發布時間：2020-8-23
白光干涉儀目前在3D檢測領域是精度高的測量儀器之一，在同等系統放大倍率下檢測精度和重復精度都高于共聚焦顯微鏡和聚焦成像顯微鏡，在一些納米級和亞納米級的超精密加工領域，除了白光干涉儀，其它的儀器無法達到其測量精度要求。
白光干涉儀是利用光學干涉原理研制開發的超精密表面輪廓測量儀器。照明光束經半反半透分光鏡分威兩束光，分別投射到樣品表面和參考鏡表面。從兩個表面反射的兩束光再次通過分光鏡后合成一束光，并由成像系統在CCD相機感光面形成兩個疊加的像。由于兩束光相互干涉，在CCD相機感光面會觀察到明暗相間的干涉條紋。干涉條紋的亮度取決于兩束光的光程差，根據白光干涉條紋明暗度以及干涉條紋出現的位置解析出被測樣品的相對高度。
光學干涉儀的可視化測試結果，往往是展示一幅“數據地圖”，用來描繪樣品表面的三維形貌。它是一個基于X-Y平面，每一個像素高度Z的三維函數。樣品表面形貌細節復現的精細程度，就取決于干涉儀能夠分辨的小“Z”變化尺度，即“垂直分辨率”。在所測范圍內，樣品表面形貌變化的細節程度，已達到納米（nm）量級。
白光干涉儀的“垂直分辨率”指標常常出現在各種技術手冊或者測試標準中。有意思的是，它也是容易引起誤解的指標。對于這一指標，現在還沒有明確正式的定義，“垂直分辨率”如何計算，如何測試和驗證。
很多研究人員，包括設備制造商，都迫切希望，能有類似“垂直分辨率”，可驗證可復現指標。幫助用戶在選擇不同計量方案；和選購不同廠家的計量設備的時候，能方便比較相關性能。
參考計量學對于分辨率的定義，分辨率是各個計量結果值之間，能夠有意義區分的小差異。對于某些設備，小分辨率相對易于理解。比如光學成像系統的橫向分辨率取決于衍射極限；探針式二維輪廓儀的橫向分辨率取決于探針頂端曲率半徑。