Оптическая измерительная система Talysurf CCI 2000

Оптическая измерительная система Talysurf CCI 2000, интерферометр белого света для измерения трехмерных профилей поверхности и величин шероховатости поверхностей с чувствительностью по высоте 0,2 нм (Taylor & Hobson, Великобритания, 2006 г).

Контактное лицо

Шашкин Владимир Иванович

sha@ipmras.ru

Схема

Рис. 1. Схема интерферометра белого света Talysurf CCI 2000	Рис. 2. Ход лучей в объективе микроскопа и принципиальная схема интерферометра Мирау

Описание установки

Прибор выполняет оптическое измерение с восстановлением 3-х мерного изображения поверхности.

Прибор калибруется по эталонным образцам, что позволяет неразрушающим бесконтактным методом измерять с высокой точностью размеры как в плоскости, так и по глубине профилей поверхности.

Принцип работы интерферометра основывается на разделении луча от одного источника на два, один из которых отражается от исследуемого объекта, а второй (опорный) проходит известный и постоянный оптический путь. Возникающая при этом разность фаз между исследующим и опорным лучом приводит к интерференции. Исследование объекта состоит в наблюдении за изменением интерференционной картины в ходе эксперимента.

Схема интерференционного микроскопа Talysurf CCI 2000 представлена на рис. 1. При регистрации детектором разность фаз базового и исследующего лучей зависит от расстояния между поверхностью образца и контрольной поверхностью. Возникает интерференционная картина из чередующихся светлых и темных полос, которая увеличивается оптикой микроскопа и проецируется на CCD детектор. Статическая интерференционная картина отображает разность расстояний между контрольной поверхностью и образцом. Использование белого, немонохроматического источника света, повышает вертикальное разрешение, так как длина когерентности данного источника очень мала, и наилучший контраст интерференционной картины будет достигаться только при очень хорошем совпадении длин путей, пройденных исследующим и опорным лучами. (Для монохроматического источника существует несколько расстояний, при которых достигается максимальный контраст интерференционной картины, что создает неоднозначность в определении расстояния и уменьшает вертикальное разрешение прибора.)

Сдвиг линзы по вертикали (делается шагами с помощью пьезодвигателя), меняет длину пути исследующего луча, в то время как опорный луч будет проходить все тот же постоянный путь. Это приведет к возникновению серий движущихся интерференционных полос. Достижение максимального контраста интерференционной картины (максимальной яркости, регистрируемой пикселями CCD матрицы) означает точную фокусировку лучей на поверхности образца и совпадение величин плеч интерферометра, что позволяет определять высоту и создавать трёхмерную карту поверхности образца. При этом необходимо определять все положения линзы, при которых яркость каждой точки CCD матрицы максимальна. Таким образом, каждый пиксель CCD матрицы является независимым интерферометром, что позволяет создавать достаточно точные карты поверхности исследуемого образца.

Разрешение интерференционного микроскопа по глубине будет зависеть от алгоритма определения максимальной яркости каждого пикселя CCD матрицы при вертикальном перемещении линзы пьезоэлектрическим приводом. Talysurf CCI 2000 использует патентованный корреляционный алгоритм поиска максимумов интенсивности для каждой точки на интерференционной картине.

Измерения с помощью Talysurf CCI 2000

Пример изображения в аксонометрии участка сверхпроводникового слоя YBCO с витками плоской катушки, сформированной с помощью травления

Программа обработки Talymap Gold имеет очень широкие возможности анализа поверхностей. Измерение шероховатости, высоты ступенек, построение автокорреляционных функций и фурье-преобразований, аппроксимация поверхности различными функциями и вычитание высот, изображение двумерные — в псевдоцветах, трехмерные в аксонометрии, одномерные профили-сечения поверхности и многое другое.