白光干涉与3D形貌测量【背景介绍】 在半导体、集成电路、MEMS超精密制造领域，基本上都采用纳米级的加工工艺，并匹配亚纳米级的测量技术。如何对加工过程的品质有效控制，如何对器件表面微结构进行精确测量非常重要。白光干涉测量系统是非常有效的3D表面的高精度测量设备，可以对纳米级加工表面完成如下测量和分析： 表面粗糙度、台阶高度、平面度、翘曲度、曲率半径和瑕疵缺陷。 白光干涉仪和迈克尔逊干涉的基本原理类似，都是基于分振幅的双光束干涉，主要区别在于：前者采用的复色光，甚至是宽带光源白光来产生干涉，而后者主要采用单色光的光源。白光干涉仪中，由于各种波长的光所产生的干涉条纹明暗交错重叠，通常很难观察到可见的条纹。只有找到等光程位置，是观察到白光干涉条纹的必要条件。
单色光干涉与白光干涉
商用白光干涉仪的一般光路结构（采用米勒干涉物镜） 【实验设备】 我们的白光干涉实验装置基于Twyman-Green结构，下图所示
Twyman-Green白光干涉仪示意图 在搭建白光干涉实验时，在参考镜和被测平面等光程的条件下，光源发出的光经过扩束，准直后经分光棱镜分成两束，一束经被测表面反射回来，另外一束光经参考镜反射，两束反射光最终汇聚并发生干涉，CCD将光学强度信号转变为数字信号， 通过测量干涉条纹的变化来测量表面三维形貌，可用于对各种精密器件表面进行纳米级测量。
白光干涉与3D形貌恢复装置 这套白光干涉实验提供了标准的三维形貌恢复算法，能实现40nm的高度分辨率，成功实现20um、40um光学波导腔的3D形貌恢复和高度差测量。 对学有余力、兴趣浓厚、有志创新的学生，可以此作为实验开发平台，将干涉图样采集下来后，结合位移控制系统，编写自己的phase wrapping算法，探索实现各种微观结构的三维形貌恢复、表面粗糙度计算等。
【Application Notes】 1、以下为用户采用搭建白光干涉测量实验，得到的光学波导腔的三维结构信息（图一、图二） 2、硬币的局部三维形貌恢复（图三、图四）
图一
图二
图三
图四 实验平台主要参数： 1）参考光波长：650nm+/-5nm 2）信号光：LED白光 3）样品台：≤φ60mm，行程不大于10mm，具有水平二维摆动功能 4）参考镜：电动控制，位移分辨率1μm，移动速度：1~200μm/s可调 5）实验样品：1英寸玻璃片，20μ/40μ深度微纳腔 6）500万像素彩色相机加10英寸液晶显示器在线监测，也可USB线外接电脑进行图像采集 7）控制软件PHOTONLABS WLI2022，可以实现激光器开关控制，反射镜运动控制等。
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