納米技術(shù)保障高精度測量

隨著中國的制造業(yè)的高速發(fā)展，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)也由普通制造轉(zhuǎn)向高科技生產(chǎn)和研究，國內(nèi)的測量行業(yè)由傳統(tǒng)的普通測量過度到高精度測量，作為國內(nèi)精密測量企業(yè)龍頭的智泰集團(tuán)根據(jù)國內(nèi)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的變化，調(diào)整了產(chǎn)品的研發(fā)與生產(chǎn)。自去年和韓國首爾大學(xué)聯(lián)合在國內(nèi)推出一款納米級高精度測量儀-白光干涉儀

干涉儀現(xiàn)在已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用到光學(xué)檢驗(yàn)的各個領(lǐng)域中了。如光學(xué)系統(tǒng)評價、表面的粗糙度、面形和元件的微小偏移的測量都采用了干涉儀進(jìn)行分析，該款白光干涉儀結(jié)合了傳統(tǒng)光學(xué)的優(yōu)點(diǎn)，利用新技術(shù)將傳統(tǒng)的光學(xué)微米級測量提升到那米級測量，更好的解決客戶高精度位移測量、粗糙表面面形等測量。

干涉儀是一種對光在兩個不同表面反射后形成的干涉條紋進(jìn)行分析的儀器。它對分析光學(xué)元件和光學(xué)系統(tǒng)質(zhì)量起著很重要的作用。它的光學(xué)部件主要由光源、分光器件、參考平面和檢測平面（如圖1所示）。它是通過分光器件將一個光源發(fā)出的光束分成參考光束和檢測光束。

當(dāng)兩束光波即波陣面合成在一起時，其合成后的光強(qiáng)的分布將由波陣面的振幅和相位來決定。由于相位差的變化產(chǎn)生了明暗相間的干涉圖樣（如圖2所示）。而相位差是由于兩束光經(jīng)過的反射路徑后形成的光程差造成的。通過分析這樣的干涉圖樣我們就可以經(jīng)過計算得出圖樣中的任何一點(diǎn)的光程差。而光程差的出現(xiàn)是由于被檢測表面的形狀或傾斜與參考表面不一致。那么當(dāng)我們把參考表面做成一個接近完美的表面時，干涉圖樣所反映的就是被測表面的情況。

干涉儀探測物體表面的數(shù)據(jù)有它明顯的優(yōu)勢。其一，它是非接觸測量，不會損傷被探測物體表面。其二，它獲取數(shù)據(jù)的信息量大，圖樣本身是一個連續(xù)變化的過程，有著極高的分辨率。其三，測量范圍大，它可以同時對一個很大表面進(jìn)行并行的分析和處理。當(dāng)然，它也有其自身的局限性。因?yàn)槭欠治龇瓷涔?，所以有足夠的反射才能得到干涉圖樣進(jìn)行分析。這就對光源和被探測物體的材質(zhì)提出了條件。

目前相關(guān)產(chǎn)品還有激光干涉儀和干涉顯微鏡等。

數(shù)據(jù)獲取與分析

干涉儀數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)是隨著計算機(jī)的發(fā)展而日益完善的。他已經(jīng)擺脫了那種根據(jù)干涉圖人工測量的簡單方式。現(xiàn)在是通過多次采樣對數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字化處理來得到精確數(shù)據(jù)的方式。特別是近幾年，SWLI技術(shù)的深入發(fā)展，使得干涉儀測量的精度提高到0.1nm。同時，干涉儀在可靠性和穩(wěn)定性方面也有長足的進(jìn)展。例如：過去干涉儀中光學(xué)元件表面缺陷和所附著的一些灰塵造成干涉圖樣中的干擾圖像，使得儀器分析精度和穩(wěn)定性打了折扣。ZYGO的VeriFireAT運(yùn)用特有的環(huán)形光源解決了此問題。可以使儀器獲得低噪音的分析數(shù)據(jù)。

干涉儀對環(huán)境的要求較低

干涉儀可以對物體進(jìn)行精細(xì)分析。但如果在獲取數(shù)據(jù)期間受外界因素的干擾。那勢必會對分析的結(jié)果產(chǎn)生不利的影響。特別是振動和溫度的擾動。如果要解決這個問題就需要獲取數(shù)據(jù)的時間盡量短并且通過一些特殊的設(shè)計來補(bǔ)償不確定的干擾。同步相位測量干涉儀（IPMI）就是這樣的一種設(shè)備。但是有利就有弊，由于IPMI需要進(jìn)行必要的數(shù)據(jù)和硬件上的處理，因此它的精度就沒有傳統(tǒng)的PSI高。一般只能達(dá)到λ/20左右。

白光干涉儀的工作原理

ACCISNC-3000使用了根據(jù)客戶需求而設(shè)計的帶有壓電控制干涉物鏡的反相顯微鏡，以及帶有波長濾光器的白光源。物鏡參照鏡反射的光同被測工件表面反射的光相結(jié)合而產(chǎn)生干涉圖形，在CCD上成相，然后由計算機(jī)里的圖形捕捉設(shè)備捕獲。

計算機(jī)可以在單色干涉法和白光干涉法之間迅速切換并自動選擇相應(yīng)的濾光器。單色法提供整個表面的連續(xù)干涉條紋帶。平滑表面的這些干涉條紋看上去是一個等值線圖，圖上相鄰的干涉條紋之間的步長從上到下或從下到上都是相等的。按一定方向移動干涉物鏡，計算機(jī)分析相位圖形，從而計算出表面各個單點(diǎn)的不同高度，形成一個工件表面的三維圖形。

在白光掃描法中，白光相干性低，提供僅帶幾根可見條紋的被測表面的干涉圖形。用干涉物鏡從上向下掃描工件，隨高度不同，這幾根條紋時隱時顯地出現(xiàn)在工件表面。通過跟蹤峰值或中心條紋，計算機(jī)能夠標(biāo)定每一點(diǎn)的高度值，甚至當(dāng)高度有突然變化時，也可做到這一點(diǎn)。單色（紅光）法提供光滑表面的詳情；而白光（寬帶掃描）法提供階躍高度和凹凸表面的真實(shí)圖象。這種多方面適應(yīng)能力，使得該系統(tǒng)在處理各種表面時具有無法超越的特性。