芯耀
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1 引言
AR镜片作为增强现实技术的核心光学器件，其光波导光栅的槽深与槽间距参数直接决定光耦合效率、视场角及成像清晰度，需实现纳米级精度的精准表征。在AR镜片光波导光栅制备过程中，光刻、蚀刻等工艺易导致槽结构出现尺寸偏差或形貌缺陷，传统二维测量方法难以全面捕捉光栅三维特征。3D白光干涉仪凭借非接触测量、纳米级分辨率及全域三维形貌重建优势，成为AR镜片光波导光栅槽深、槽间距测量的理想技术手段。本文重点探讨3D白光干涉仪在AR镜片光波导光栅槽深槽间距测量中的应用。
2 3D白光干涉仪测量原理
3D白光干涉仪以宽光谱白光为光源，经分束器分为参考光与物光两路。参考光射向固定参考镜反射，物光照射至待测AR镜片光波导光栅表面后反射，两束反射光汇交产生干涉条纹。由于白光相干长度极短（仅数微米），仅在光程差接近零时形成清晰干涉条纹。通过压电驱动装置带动参考镜精密扫描，探测器同步记录干涉条纹强度变化，形成干涉信号包络曲线，曲线峰值位置对应光栅表面高度坐标。结合像素级高度计算与二维图像拼接技术，可快速重建光波导光栅三维轮廓，精准提取槽深、槽间距核心参数，其垂直分辨率可达亚纳米级，适配AR镜片光波导微纳尺度光栅结构的检测需求。
3 3D白光干涉仪在AR镜片光波导光栅测量中的应用
3.1 槽深与槽间距精准测量
AR镜片光波导光栅的槽深（槽底与光栅表面高度差）和槽间距（相邻光栅槽中心水平距离）是核心测量参数，3D白光干涉仪可通过三维轮廓重建实现全参数精准量化。对于槽间距300 nm~800 nm、槽深100 nm~500 nm的典型AR镜片光波导光栅，通过干涉信号包络曲线峰值定位，可精准获取槽底与光栅表面的高度差值，槽深测量精度±1 nm；采用轮廓峰值识别算法，提取相邻光栅脊峰或槽底中心坐标，计算水平距离获得槽间距尺寸，测量误差控制在3 nm以内。针对大视场AR镜片的大面积光栅，其可通过二维拼接实现全域扫描测量，有效规避传统局部测量的均匀性评估偏差问题。
3.2 光栅形貌缺陷检测
AR镜片光波导光栅制备过程中，易出现槽底残留、槽壁倾斜、光栅畸变等形貌缺陷，这些缺陷会降低光耦合效率，导致成像模糊、视场畸变。3D白光干涉仪的全域扫描能力可实现光波导光栅整体形貌成像，通过表面粗糙度分析模块，量化槽底粗糙度（Ra），当Ra超过5 nm时，会导致光散射损耗增加，需反馈调整蚀刻工艺参数；借助三维轮廓拟合与间距均匀性分析，可检测槽壁倾斜角度及槽间距偏差，当倾斜角度超过0.8°、槽间距偏差超过10 nm时，会影响光传播路径一致性，需优化光刻工艺精度。同时，其可快速定位局部凹陷、凸起等缺陷的位置与尺寸，为工艺稳定性管控提供数据支撑。
4 测量优势与应用价值
相较于原子力显微镜（AFM）的点扫描低效率局限，3D白光干涉仪具备更快的全域扫描速度（单次扫描时间≤5 s），可实现AR镜片光波导光栅的批量高效检测；相较于扫描电子显微镜（SEM）的破坏性测量与二维表征不足，其非接触测量模式可避免损伤AR镜片表面膜层，且能完整呈现光栅三维形貌。通过为AR镜片光波导光栅槽深、槽间距测量提供精准、全面的量化数据，3D白光干涉仪可助力构建工艺参数优化闭环，提升AR镜片制备良率与光学性能稳定性，推动增强现实技术的产业化应用。
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实测验证硬核实力
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（以上数据为新启航实测结果）
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