納米技術保障高精度測量

2013-01-16 10:20:00来源: 21IC

      随着中国的制造业的高速发展,产业结构也由普通制造转向高科技生产和研究,国内的测量行业由传统的普通测量过度到高精度测量,作为国内精密测量企业龙头的智泰集团根据国内产业结构的变化,调整了产品的研发与生产。自去年和韩国首尔大学联合在国内推出一款纳米级高精度测量仪-白光干涉仪 

     干涉仪现在已经被广泛的应用到光学检验的各个领域中了。如光学系统评价、表面的粗糙度、面形和元件的微小偏移的测量都采用了干涉仪进行分析,该款白光干涉仪结合了传统光学的优点,利用新技术将传统的光学微米级测量提升到那米级测量,更好的解决客户高精度位移测量、粗糙表面面形等测量。 

     干涉仪是一种对光在两个不同表面反射后形成的干涉条纹进行分析的仪器。它对分析光学元件和光学系统质量起着很重要的作用。它的光学部件主要由光源、分光器件、参考平面和检测平面(如图1所示)。它是通过分光器件将一个光源发出的光束分成参考光束和检测光束。 

     当两束光波即波阵面合成在一起时,其合成后的光强的分布将由波阵面的振幅和相位来决定。由于相位差的变化产生了明暗相间的干涉图样(如图2所示)。而相位差是由于两束光经过的反射路径后形成的光程差造成的。通过分析这样的干涉图样我们就可以经过计算得出图样中的任何一点的光程差。而光程差的出现是由于被检测表面的形状或倾斜与参考表面不一致。那么当我们把参考表面做成一个接近完美的表面时,干涉图样所反映的就是被测表面的情况。 

     干涉仪探测物体表面的数据有它明显的优势。其一,它是非接触测量,不会损伤被探测物体表面。其二,它获取数据的信息量大,图样本身是一个连续变化的过程,有着极高的分辨率。其三,测量范围大,它可以同时对一个很大表面进行并行的分析和处理。当然,它也有其自身的局限性。因为是分析反射光,所以有足够的反射才能得到干涉图样进行分析。这就对光源和被探测物体的材质提出了条件。 

     目前相关产品还有激光干涉仪和干涉显微镜等。 
  
     数据获取与分析 

     干涉仪数据分析系统是随着计算机的发展而日益完善的。他已经摆脱了那种根据干涉图人工测量的简单方式。现在是通过多次采样对数据进行数字化处理来得到精确数据的方式。特别是近几年,SWLI技术的深入发展,使得干涉仪测量的精度提高到0.1nm。同时,干涉仪在可靠性和稳定性方面也有长足的进展。例如:过去干涉仪中光学元件表面缺陷和所附着的一些灰尘造成干涉图样中的干扰图像,使得仪器分析精度和稳定性打了折扣。ZYGO的VeriFireAT运用特有的环形光源解决了此问题。可以使仪器获得低噪音的分析数据。 
    
     干涉仪对环境的要求较低 

     干涉仪可以对物体进行精细分析。但如果在获取数据期间受外界因素的干扰。那势必会对分析的结果产生不利的影响。特别是振动和温度的扰动。如果要解决这个问题就需要获取数据的时间尽量短并且通过一些特殊的设计来补偿不确定的干扰。同步相位测量干涉仪(IPMI)就是这样的一种设备。但是有利就有弊,由于IPMI需要进行必要的数据和硬件上的处理,因此它的精度就没有传统的PSI高。一般只能达到λ/20左右。 
    
     白光干涉仪的工作原理 

     ACCISNC-3000使用了根据客户需求而设计的带有压电控制干涉物镜的反相显微镜,以及带有波长滤光器的白光源。物镜参照镜反射的光同被测工件表面反射的光相结合而产生干涉图形,在CCD上成相,然后由计算机里的图形捕捉设备捕获。 

     计算机可以在单色干涉法和白光干涉法之间迅速切换并自动选择相应的滤光器。单色法提供整个表面的连续干涉条纹带。平滑表面的这些干涉条纹看上去是一个等值线图,图上相邻的干涉条纹之间的步长从上到下或从下到上都是相等的。按一定方向移动干涉物镜,计算机分析相位图形,从而计算出表面各个单点的不同高度,形成一个工件表面的三维图形。 

     在白光扫描法中,白光相干性低,提供仅带几根可见条纹的被测表面的干涉图形。用干涉物镜从上向下扫描工件,随高度不同,这几根条纹时隐时显地出现在工件表面。通过跟踪峰值或中心条纹,计算机能够标定每一点的高度值,甚至当高度有突然变化时,也可做到这一点。单色(红光)法提供光滑表面的详情;而白光(宽带扫描)法提供阶跃高度和凹凸表面的真实图象。这种多方面适应能力,使得该系统在处理各种表面时具有无法超越的特性。 

关键字:納米技術  高精度測量  干涉仪

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2013/0116/article_6681.html
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