ZYGO 3D光學輪廓儀ZeGage Pro工作原理

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ZYGO 3D光學輪廓儀ZeGage Pro工作原理
理解ZYGO 3D光學輪廓儀ZeGage Pro的工作原理，有助于用戶更有效地應用它進行測量，并對測量結果建立正確的認識。其技術基礎主要建立在白光掃描干涉測量法之上。

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更新時間：2026-02-05

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ZYGO光學輪廓儀 Zygo激光干涉儀

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ZYGO 3D光學輪廓儀ZeGage Pro工作原理

理解ZYGO 3D光學輪廓儀ZeGage Pro的工作原理，有助于用戶更有效地應用它進行測量，并對測量結果建立正確的認識。其技術基礎主要建立在白光掃描干涉測量法之上。

白光干涉測量的核心在于光的波動性產(chǎn)生的干涉現(xiàn)象。設備內部的光源通常采用白光LED，其發(fā)出的光具有較寬的波長范圍。光線經(jīng)過干涉顯微物鏡（常采用Mirau或Michelson設計）后，被一個分束器分成兩束：一束光傳向一個內置的參考鏡面，另一束光則傳向待測的樣品表面。

這兩束光分別從參考鏡和樣品表面反射回來，再次經(jīng)過分束器匯合。由于它們源自同一光源，當它們在探測器（如CCD相機）上相遇時，如果存在光程差，便會發(fā)生干涉。對于單色光，干涉會產(chǎn)生明暗相間的條紋。但對于白光，由于不同波長的光干涉條件不同，只有在兩束光的光程差非常小（在微米量級甚至更短）的區(qū)域內，才能觀察到具有高對比度的彩色干涉條紋。

為了獲取整個表面的高度信息，系統(tǒng)需要進行垂直掃描。ZeGage Pro通過一個精密的壓電陶瓷驅動器或其他高分辨率位移機構，控制干涉物鏡或樣品臺沿垂直于樣品表面的方向（Z軸）進行步進移動。在掃描過程中，相機在每一個Z軸位置捕捉一幅整個視場的二維干涉圖像。

對于樣品表面上的每一個點（對應于相機的一個像素），隨著掃描的進行，它經(jīng)歷了一個光程差連續(xù)變化的過程。相機記錄下該點的光強隨Z軸位置變化的曲線。理論上，當樣品表面某一點的高度恰好使樣品光路與參考光路的光程相等時，該點對應的干涉條紋對比度達到最大值。數(shù)據(jù)處理算法的任務，就是從這條光強變化曲線中，精確地找出這個對比度峰值所對應的Z軸位置。

在現(xiàn)實中，由于表面存在起伏，不同點的峰值位置沿Z軸分布不同。算法獨立分析每個像素的光強變化數(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坐標結合，便構成了描述表面三維形貌的數(shù)字高程矩陣。

這一過程wan 全是非接觸式的，避免了探針測量可能帶來的表面損傷或形變。白光干涉的優(yōu)勢在于其垂直分辨率可以很高，通常能達到亞納米級別，這對于測量超光滑表面或微小臺階很有價值。同時，它是一種全場測量技術，可以一次性獲取整個視場內所有點的數(shù)據(jù)，測量速度相對較快。

需要了解的是，測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度的干涉信號。對于反射率極低（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增強表面反射。此外，環(huán)境振動和空氣擾動可能對干涉測量產(chǎn)生干擾，因此設備通常需要放置在穩(wěn)定的工作環(huán)境中。

簡言之，ZYGO ZeGage Pro通過結合白光干涉的光學原理、精密的機械掃描以及優(yōu)良的數(shù)據(jù)處理算法，實現(xiàn)了對表面微觀形貌快速、非接觸的三維量化測量。掌握這一原理，是正確選擇測量參數(shù)和合理解讀測量數(shù)據(jù)的基礎。

ZYGO 3D光學輪廓儀ZeGage Pro工作原理

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