芯耀
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1 、引言
微透镜作为微型光学系统的核心元件，凭借高集成度、小尺寸、优异的光聚焦与成像性能，广泛应用于手机摄像头、AR/VR设备、光纤通信、医疗成像等领域。其光学3D轮廓（如曲率半径、球面度、表面粗糙度、高度等参数）直接决定光透过率、聚焦精度、像差控制及成像清晰度，对测量精度提出纳米级严苛要求。传统二维测量方法仅能获取局部尺寸信息，无法完整表征微透镜的三维形貌特征，难以满足高精度微型光学器件的质量管控需求。3D白光干涉仪凭借非接触测量特性、纳米级分辨率及全域三维形貌重建能力，可快速精准捕捉微透镜的完整光学3D轮廓，为微透镜制备工艺优化提供可靠数据支撑。本文重点探讨3D白光干涉仪在微透镜光学3D轮廓测量中的应用。
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，物光经高数值孔径物镜聚焦后照射至微透镜表面，反射光沿原路径返回并与参考光汇交产生干涉条纹。因白光相干长度极短（仅数微米），仅在光程差接近零时形成清晰干涉条纹。通过压电陶瓷驱动装置带动参考镜进行精密扫描，高灵敏度探测器同步采集干涉条纹强度变化，形成干涉信号包络曲线，曲线峰值位置精准对应微透镜表面各点的三维坐标。结合全域扫描拼接与球面轮廓拟合技术，可完整重建微透镜的全域光学3D轮廓，精准提取曲率半径、球面度、顶点高度、表面粗糙度等核心光学参数，其垂直分辨率可达亚纳米级，适配微纳尺度微透镜的高精度测量需求。
3 、3D白光干涉仪在微透镜光学3D轮廓测量中的应用
3.1 光学3D轮廓精准重建与参数提取
针对微透镜（直径10 μm-500 μm、高度5 μm-50 μm）的光学3D轮廓测量需求，3D白光干涉仪可通过优化测量策略实现精准表征。测量时，根据微透镜尺寸选取适配物镜倍率与扫描范围，对微透镜全域进行高精度扫描，通过三维点云拼接技术重建完整的光学3D轮廓。采用球面拟合与特征提取算法，自动识别微透镜的顶点、边缘及曲面轮廓，精准计算曲率半径、球面度（拟合球面与实际轮廓的最大偏差）、顶点高度（顶点与基底的高度差）及表面粗糙度（Ra）等核心参数。实验数据表明，其曲率半径测量误差≤0.5 μm，表面粗糙度测量误差≤0.1 nm，可有效捕捉光刻、注塑、热压等制备工艺中参数波动导致的轮廓偏差，为工艺优化提供精准量化依据，同时支持微透镜阵列的全域均匀性评估。
3.2 形貌缺陷同步检测
微透镜制备过程中易出现的顶点凹陷、边缘毛刺、表面划痕、局部凸起等缺陷，会严重影响光学聚焦性能与成像质量。3D白光干涉仪在重建光学3D轮廓的同时，可同步识别此类缺陷。当检测到顶点凹陷深度超过50 nm、边缘毛刺高度超过30 nm，或存在长度超过200 nm的表面划痕时，可判定为不合格产品。通过缺陷的尺寸、位置量化分析，可追溯模具精度、光刻曝光剂量、注塑压力等制备环节的问题。例如，当出现大面积表面划痕时，可反馈调整模具抛光精度或成型工艺的洁净度控制参数，提升微透镜成型质量。
相较于传统光学显微镜的二维观测局限，3D白光干涉仪可提供完整的微透镜光学3D轮廓信息，实现多维度光学参数的精准量化；相较于原子力显微镜的点扫描低效率缺陷，其具备更快的全域扫描速度（单个微透镜测量时间≤5 s），可满足产业化批量检测需求。同时，非接触测量模式可避免划伤微透镜精密光学表面，保障样品完整性。通过为微透镜提供全面、精准的光学3D轮廓测量数据及缺陷检测结果，3D白光干涉仪可助力构建严格的质量管控体系，提升微透镜制备良率与光学性能稳定性，为微型光学器件产业化发展提供关键技术支撑。
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（以上数据为新启航实测结果）
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