三維光學(xué)輪廓儀在光學(xué)領(lǐng)域的解決方案

光學(xué)元件在各個(gè)領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用，對(duì)光學(xué)元件的表面加工精度提出越來越高的要求。如何檢測(cè)光學(xué)元件的加工精度，從而用于優(yōu)化加工方法，保證終元器件的性能指標(biāo)，是光學(xué)元件加工領(lǐng)域的關(guān)鍵問題之一。

光學(xué)元件的加工精度包括表面質(zhì)量和面型精度，這些參數(shù)會(huì)影響其對(duì)光信號(hào)的傳播，進(jìn)而影響終器件的性能。此外，各種新型光學(xué)元件也需要檢測(cè)其表面輪廓，比如非球面，衍射光學(xué)元件，微透鏡陣列等。除了終光學(xué)元件的加工精度以外，各種光學(xué)元件加工工藝也需要檢測(cè)中間過程的三維形貌以保證終產(chǎn)品的精度，包括注塑、模壓的模具，光學(xué)圖案轉(zhuǎn)印時(shí)的掩膜版，刻蝕過程的圖案深度、寬度等。

布魯克的三維光學(xué)顯微鏡配備的雙光源技術(shù)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)白光干涉和相移干涉成像，適用于各種不同光學(xué)樣品、模具的三維形貌測(cè)量。在光學(xué)加工領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

· 設(shè)備可以用于光學(xué)元件表面質(zhì)量檢測(cè)，可以通過表面粗糙度、表面斜率分布等判斷光學(xué)元件整體散射率，也可以統(tǒng)計(jì)局部的各種缺陷。

· 設(shè)備還可以用于各種光學(xué)元件的面型分析，除了手動(dòng)分析以外，軟件還提供了包括Zernike多項(xiàng)式擬合、非球面分析等功能。

· 由于該設(shè)備能準(zhǔn)確測(cè)量和分析光學(xué)元件，在多種先進(jìn)光學(xué)元件中得到廣泛應(yīng)用，包括光柵、菲涅爾透鏡和二元光學(xué)元件等衍射光學(xué)元件，以及微透鏡陣列等。

         粗糙度作為衡量表面加工質(zhì)量的基本參數(shù)，在光學(xué)加工領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。1961年Bennett and Porteus就觀察到當(dāng)表面粗糙度遠(yuǎn)小于入射波長(zhǎng)時(shí)，散射率與Sq直接相關(guān)。因此Sq（Rq，RMS）在光學(xué)領(lǐng)域得到廣泛關(guān)注。公式也顯示，隨著入射波長(zhǎng)的降低（或者頻率的增加），Sq也需要隨之減小，以保持散射率不增加。因此在高頻即短波長(zhǎng)領(lǐng)域?qū)Υ植诙鹊臋z測(cè)更為重要。

       白光干涉儀作為一種精密的三維形貌測(cè)量設(shè)備，能準(zhǔn)確測(cè)量亞納米尺度的表面粗糙度。軟件還能根據(jù)各種相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行表面形貌分析，獲得多種參數(shù)，包括波紋度、翹曲等。

從兩百年前的光柵開始，衍射光學(xué)元件（Diffractive Optical Elements，DOE）在各種領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。比如基于廣播的衍射理論設(shè)計(jì)的二元光學(xué)器件，在傳統(tǒng)光學(xué)元件表面刻蝕產(chǎn)生兩個(gè)或多個(gè)臺(tái)階深度的浮雕結(jié)構(gòu)，形成純相位、同軸再現(xiàn)、具有*衍射效率的一類衍射光學(xué)元件。

上個(gè)世紀(jì)末還出現(xiàn)了一種混合光學(xué)成像系統(tǒng)，它既包括傳統(tǒng)光學(xué)器件，也含有衍射光學(xué)器件。這類系統(tǒng)同時(shí)利用了光的折射和衍射，不僅可以增加光學(xué)設(shè)計(jì)自由度，而且能夠在一定程度上突破傳統(tǒng)光學(xué)系統(tǒng)的許多局限性，在改善系統(tǒng)像質(zhì)、減小體積和降低成本等多方面都表現(xiàn)出了優(yōu)勢(shì)。

       布魯克的三維光學(xué)顯微鏡能準(zhǔn)確測(cè)量、分析這些元件表面，加速這類元件的應(yīng)用速度。軟件可以自動(dòng)分析垂直的光柵結(jié)構(gòu)，獲得光柵的周期、粗糙度、深度等信息，避免手動(dòng)測(cè)量帶來的人為誤差。對(duì)于菲涅爾透鏡，軟件可以從透鏡三維形貌中獲得每一級(jí)的間距、高度和曲率半徑等信息。軟件可以自動(dòng)測(cè)量并分析二元光學(xué)器件，獲得器件表面每個(gè)區(qū)域的高度、粗糙度、位置等參數(shù)，用于評(píng)估加工樣品的質(zhì)量。其中，臺(tái)階數(shù)和臺(tái)階高度與衍射效率直接相關(guān)。隨著臺(tái)階數(shù)增加，制作難度也在增加。準(zhǔn)確測(cè)量各個(gè)臺(tái)階極為重要。      

       對(duì)于這類表面有各種結(jié)構(gòu)的光學(xué)元件，布魯克的軟件提供了多種自動(dòng)分析工具，比如多區(qū)域分析。它可以通過多種特征識(shí)別方式，自動(dòng)提取樣品表面各種結(jié)構(gòu)的三維信息，并做統(tǒng)計(jì)分析，獲得每個(gè)結(jié)構(gòu)的多種參數(shù)（如下圖所示）。