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白光干涉仪的主要原理及“垂直分辨率”解析

发表时间:2020-08-23  |  点击率:105
   白光干涉仪目前在3D检测领域是精度高的测量仪器之一,在同等系统放大倍率下检测精度和重复精度都高于共聚焦显微镜和聚焦成像显微镜,在一些纳米级和亚纳米级的超精密加工领域,除了白光干涉仪,其它的仪器无法达到其测量精度要求。
  白光干涉仪是利用光学干涉原理研制开发的超精密表面轮廓测量仪器。照明光束经半反半透分光镜分威两束光,分别投射到样品表面和参考镜表面。从两个表面反射的两束光再次通过分光镜后合成一束光,并由成像系统在CCD相机感光面形成两个叠加的像。由于两束光相互干涉,在CCD相机感光面会观察到明暗相间的干涉条纹。干涉条纹的亮度取决于两束光的光程差,根据白光干涉条纹明暗度以及干涉条纹出现的位置解析出被测样品的相对高度。
  光学干涉仪的可视化测试结果,往往是展示一幅“数据地图”,用来描绘样品表面的三维形貌。它是一个基于X-Y平面,每一个像素高度Z的三维函数。样品表面形貌细节复现的精细程度,就取决于干涉仪能够分辨的最小“Z”变化尺度,即“垂直分辨率”。在所测范围内,样品表面形貌变化的细节程度,已达到纳米(nm)量级。
  白光干涉仪的“垂直分辨率”指标常常出现在各种技术手册或者测试标准中。有意思的是,它也是容易引起误解的指标。对于这一指标,现在还没有明确正式的定义,“垂直分辨率”如何计算,如何测试和验证。
  很多研究人员,包括设备制造商,都迫切希望,能有类似“垂直分辨率”,可验证可复现指标。帮助用户在选择不同计量方案;和选购不同厂家的计量设备的时候,能方便比较相关性能。
  参考国际计量学对于分辨率的定义,分辨率是各个计量结果值之间,能够有意义区分的最小差异。对于某些设备,最小分辨率相对易于理解。比如光学成像系统的横向分辨率取决于衍射极限;探针式二维轮廓仪的横向分辨率取决于探针顶端曲率半径。
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