布鲁克ContourX-500的光学系统与测量原理

布鲁克ContourX-500的光学系统与测量原理

ContourX-500的核心竞争力源于其*的光学系统和对白光干涉原理的稳定实现。理解其工作原理，有助于更有效地发挥仪器的性能。

白光扫描干涉技术（VSI）
ContourX-500主要采用白光扫描干涉法进行测量。与单色光干涉不同，白光相干长度很短，只有在光程差接近于零的极小范围内才会产生清晰的干涉条纹。测量时，仪器内部的干涉物镜会将一束白光分成两路：一路投射到参考镜，另一路投射到样品表面。反射回来的两路光发生干涉。通过精密压电陶瓷（PZT）驱动器带动干涉物镜在Z方向进行垂直扫描，记录下每一个像素点光强随时间变化的信号。

核心光学组件

1. 宽带光源： 提供宽光谱范围的白光，确保较短的相干长度，从而精确定位零光程差的位置。

2. 干涉物镜： 这是光学系统的核心。内部集成了分光镜和参考镜。ContourX-500通常配备多种倍率的干涉物镜（如5X, 10X, 20X, 50X），以适应不同分辨率和视野的需求。物镜的数值孔径（NA）影响着横向分辨率和垂直测量范围。

3. 精密Z向扫描台： 负责承载干涉物镜进行纳米级精度的垂直运动，其扫描的平稳性和定位准确性直接关系到垂直方向的测量结果。

4. 高动态范围相机： 用于捕捉整个视场内在扫描过程中每个位置的干涉图像序列。

数据处理与三维重建
扫描结束后，每个像素点都会得到一组光强随扫描位置变化的干涉信号。软件算法会分析这组信号，通过寻找干涉条纹对比度最高的位置（即相干包络的峰值），来精确计算出该像素点对应的样品表面高度值。对图像中的所有像素点进行同样的计算，最终重建出完整的、具有真实高度信息的三维表面形貌图。

技术特点
这种非接触式测量方式避免了划伤样品或探针磨损的问题，特别适合于柔软、脆弱或需要无损检测的样品。同时，VSI技术对具有大台阶、高深宽比结构的样品也能进行有效的测量。

ContourX-500的光学系统经过精心设计和校准，旨在将这一复杂的光学物理过程转化为稳定、可靠的表面三维数据，为使用者的分析工作打下坚实的基础。