白光干涉仪中的垂直扫描干涉测量模式（VSI）和相移干涉测量模式（PSI）以及结合 VSI 和 PSI 的高分辨测量模式（VXI）

引言

白光干涉仪作为一种高精度光学测量仪器，在材料科学、半导体制造、微机电系统等众多领域发挥着关键作用。其通过不同测量模式实现对物体表面形貌、高度等信息的精准获取，其中垂直扫描干涉测量模式（VSI）、相移干涉测量模式（PSI）以及结合二者的高分辨测量模式（VXI）各具特色。

VSI 模式

VSI 模式基于白光干涉原理，以白光作为光源，通过垂直扫描方式，对干涉图零光程差位置进行测量分析，进而提取样品表面高度信息。由于白光是宽带光源，干涉图是不同波长光干涉的叠加，在零光程差位置，干涉图光强、对比度等特征参数达最大值。该模式适用于从光滑到适度粗糙的表面测量，且无论物镜数值孔径（NA）或放大倍数如何变化，均可提供纳米级垂直分辨率。它克服了 PSI 模式在台阶高度测量上的限制，能够测量更高台阶或更粗糙表面，但在精度上相较于 PSI 模式稍低。

PSI 模式

PSI 模式基于单色光干涉，利用单色光作为光源，通过测量分析干涉图的干涉相位来获取样品表面高度信息。因光源波长已知，可通过精确移动测量平面产生干涉图相位移动，再利用多幅相移干涉图光强值求取高度值。此模式具有极高测量精度，通常可达纳米级别，适合测量连续高度变化较小的微纳结构表面。然而，PSI 模式存在 1/4 波长台阶高度的测量限制，即当相邻两点高度超过光源波长的 1/4 时，干涉相位值会模糊，导致测量不准确。

VXI 模式

VXI 模式结合了 VSI 和 PSI 两种测量模式的优势，利用 VSI 模式的垂直扫描能力以及 PSI 模式的高精度相位测量能力，实现更高分辨率和更广泛测量范围的测量。它既具备 VSI 模式对粗糙表面的适应性和垂直扫描能力，又拥有 PSI 模式的高精度和相位测量能力，能够提供更广泛的高度测量范围和更高测量精度，适用于各种复杂表面的测量。

总结

白光干涉仪中的 VSI、PSI 和 VXI 三种测量模式在原理、精度、适用表面类型等方面存在差异。在实际应用中，需依据被测表面特性、测量精度要求以及测量环境等因素综合考量，选择最为合适的测量模式，以实现对物体表面信息的精准测量与分析 。

TopMap Micro View白光干涉3D轮廓仪

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