ZYGO 3D光學(xué)輪廓儀ZeGage Pro工作原理

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ZYGO 3D光學(xué)輪廓儀ZeGage Pro工作原理
理解ZYGO 3D光學(xué)輪廓儀ZeGage Pro的工作原理，有助于用戶更有效地應(yīng)用它進(jìn)行測(cè)量，并對(duì)測(cè)量結(jié)果建立正確的認(rèn)識(shí)。其技術(shù)基礎(chǔ)主要建立在白光掃描干涉測(cè)量法之上。

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更新時(shí)間：2026-02-05

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三維光學(xué)輪廓儀

BRUKER白光干涉光學(xué)輪廓儀 SENSOFAR共聚焦白光干涉儀 SENSOFAR 3D光學(xué)輪廓儀 SENSOFAR結(jié)構(gòu)光三維輪廓儀 SENSOFAR平面度測(cè)量干涉儀 ZYGO三維光學(xué)輪廓儀

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ZYGO 3D光學(xué)輪廓儀ZeGage Pro工作原理

理解ZYGO 3D光學(xué)輪廓儀ZeGage Pro的工作原理，有助于用戶更有效地應(yīng)用它進(jìn)行測(cè)量，并對(duì)測(cè)量結(jié)果建立正確的認(rèn)識(shí)。其技術(shù)基礎(chǔ)主要建立在白光掃描干涉測(cè)量法之上。

白光干涉測(cè)量的核心在于光的波動(dòng)性產(chǎn)生的干涉現(xiàn)象。設(shè)備內(nèi)部的光源通常采用白光LED，其發(fā)出的光具有較寬的波長(zhǎng)范圍。光線經(jīng)過(guò)干涉顯微物鏡（常采用Mirau或Michelson設(shè)計(jì)）后，被一個(gè)分束器分成兩束：一束光傳向一個(gè)內(nèi)置的參考鏡面，另一束光則傳向待測(cè)的樣品表面。

這兩束光分別從參考鏡和樣品表面反射回來(lái)，再次經(jīng)過(guò)分束器匯合。由于它們?cè)醋酝还庠?，?dāng)它們?cè)谔綔y(cè)器（如CCD相機(jī)）上相遇時(shí)，如果存在光程差，便會(huì)發(fā)生干涉。對(duì)于單色光，干涉會(huì)產(chǎn)生明暗相間的條紋。但對(duì)于白光，由于不同波長(zhǎng)的光干涉條件不同，只有在兩束光的光程差非常?。ㄔ谖⒚琢考?jí)甚至更短）的區(qū)域內(nèi)，才能觀察到具有高對(duì)比度的彩色干涉條紋。

為了獲取整個(gè)表面的高度信息，系統(tǒng)需要進(jìn)行垂直掃描。ZeGage Pro通過(guò)一個(gè)精密的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器或其他高分辨率位移機(jī)構(gòu)，控制干涉物鏡或樣品臺(tái)沿垂直于樣品表面的方向（Z軸）進(jìn)行步進(jìn)移動(dòng)。在掃描過(guò)程中，相機(jī)在每一個(gè)Z軸位置捕捉一幅整個(gè)視場(chǎng)的二維干涉圖像。

對(duì)于樣品表面上的每一個(gè)點(diǎn)（對(duì)應(yīng)于相機(jī)的一個(gè)像素），隨著掃描的進(jìn)行，它經(jīng)歷了一個(gè)光程差連續(xù)變化的過(guò)程。相機(jī)記錄下該點(diǎn)的光強(qiáng)隨Z軸位置變化的曲線。理論上，當(dāng)樣品表面某一點(diǎn)的高度恰好使樣品光路與參考光路的光程相等時(shí)，該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的干涉條紋對(duì)比度達(dá)到最大值。數(shù)據(jù)處理算法的任務(wù)，就是從這條光強(qiáng)變化曲線中，精確地找出這個(gè)對(duì)比度峰值所對(duì)應(yīng)的Z軸位置。

在現(xiàn)實(shí)中，由于表面存在起伏，不同點(diǎn)的峰值位置沿Z軸分布不同。算法獨(dú)立分析每個(gè)像素的光強(qiáng)變化數(shù)據(jù)，確定其各自的峰值位置。將所有像素的峰值位置（即高度值）與它們的X、Y坐標(biāo)結(jié)合，便構(gòu)成了描述表面三維形貌的數(shù)字高程矩陣。

這一過(guò)程wan 全是非接觸式的，避免了探針測(cè)量可能帶來(lái)的表面損傷或形變。白光干涉的優(yōu)勢(shì)在于其垂直分辨率可以很高，通常能達(dá)到亞納米級(jí)別，這對(duì)于測(cè)量超光滑表面或微小臺(tái)階很有價(jià)值。同時(shí)，它是一種全場(chǎng)測(cè)量技術(shù)，可以一次性獲取整個(gè)視場(chǎng)內(nèi)所有點(diǎn)的數(shù)據(jù)，測(cè)量速度相對(duì)較快。

需要了解的是，測(cè)量效果受多種因素影響。樣品表面的反射特性需要能夠形成足夠強(qiáng)度的干涉信號(hào)。對(duì)于反射率極低（如黑絨布）或wan 全透明的材料，可能需要采用噴涂顯影劑等方法來(lái)增強(qiáng)表面反射。此外，環(huán)境振動(dòng)和空氣擾動(dòng)可能對(duì)干涉測(cè)量產(chǎn)生干擾，因此設(shè)備通常需要放置在穩(wěn)定的工作環(huán)境中。

簡(jiǎn)言之，ZYGO ZeGage Pro通過(guò)結(jié)合白光干涉的光學(xué)原理、精密的機(jī)械掃描以及優(yōu)良的數(shù)據(jù)處理算法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)表面微觀形貌快速、非接觸的三維量化測(cè)量。掌握這一原理，是正確選擇測(cè)量參數(shù)和合理解讀測(cè)量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)。

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