菲索激光干涉仪在机械移相采样过程中;压电陶瓷会推动标准镜,在光轴方向上作纳米级的精确移动。这时对于标准镜参考面和样品表面组成的干涉腔,参考光和测试光的相位差会改变,这一过程就是“移相”


51.jpg


同样原理,对于大口径的干涉仪,300mm,600mm,或800mm口径,为了得到高精度高分辨率结果,也需要移相过程。然而对于600mm,800mm口径而言,压电陶瓷很难长期稳定,精确地推动极其沉重的大口径标准镜和相关机械架构。


52.jpg


于是,ZYGO另辟蹊径,研发了波长调制移相技术,以改变光源波长的方式调制相位差,整个移相过程不再需要物理移动干涉腔。


53.jpg

如上图,机械移相方式通过改变干涉腔物理长度,调制相位大小。无论干涉腔长的长短,机械移相方式都移动同样的距离以完成相位调制。而波长调制方式根据干涉腔长,以及需要调制的相位大小,得到每步移相需要改变波长的大小。不同的腔长,调制相位需要改变波长的多少是不一样的


在实际使用过程中,ZYGO波长调制激光干涉仪可以在自动检测当前腔长,以便精确移相。在波长调制方式下,再也不用担心大口径压电陶瓷推动的可靠性。在ZYGO 12英寸300mm立式高精度干涉仪上,可以安装使用12寸的球面标准镜。如图,因为12英寸球面标准镜重量很大,这里也需要波长调制方式。

54.jpg


波长调制方式的好处,不仅仅在于解决大口径压电陶瓷稳定推动的问题。测试前后面非常平行的平面样品时,前后表面会产生自干涉,也会分别与镜头标准面产生干涉,于是就形成了如图的多组干涉条纹的干涉图。这样“纷乱复杂”的条纹图,机械移相式采样方式是无法处理的。但波长调制方式却可以完美地“分辨”。


55.jpg

从上式可以看出,波长调制时波长变化一个固定值;相位调制的大小随着腔长的增大而增大。这意味着,随着波长变化,长干涉腔与短干涉腔相比,相位变化更快,其光强信号黑白周期变化“频率更高”。这样,通过对光强信号基于时间的频域分析,就可以完美的“分辨”不同腔长的干涉信号了。


56.jpg


ZYGO MST(Multiple Surface Test)波长调制技术,基于633nm,1um激光波长的干涉仪,可以做到良好分辨1mm光程厚度平行表面的多组条纹。一次采样,就可以得到前表面,后表面,厚度分布等等信息。


ZYGO将参展于2019年11月13-15日,在武汉·中国光谷科技会展中心举行的第十六届“中国光谷”国际光电子博览会暨论坛(OVC EXPO 2019),欢迎各位行业同仁届时来到现场,开展更多技术交流。