白光干涉仪与激光共聚焦怎么选？一文看懂两种光学测量技术

在精密制造、半导体、光学元件及材料科学等领域，表面三维形貌测量是评价产品加工质量和表面状态的重要手段。白光干涉仪与激光共聚焦显微镜都是常见的非接触式光学测量设备，能够获取样品表面的三维形貌信息。

虽然两者在应用场景上存在一定重叠，但其测量原理、信号获取方式及技术特点截然不同。本文从测量原理出发，帮助大家理解两种技术的差异与适用场景。

测量原理分野：光波干涉与激光共聚焦

两种仪器所有的差异都会根植于底层测量原理的差异。简单来说：白光干涉仪通过光程差判断高度，共聚焦显微镜通过焦点位置判断高度。

白光干涉仪基于低相干光干涉原理工作，将白光分为参考光和测量光，两束光分别经过参考镜和被测样品表面反射后重新汇合。当光程差处于光源相干长度范围内时，会产生明显的干涉信号。通过沿Z轴扫描，采集不同高度位置的干涉信号，识别干涉包络峰值或相关相位信息，从而计算样品表面的高度数据，重建三维形貌。

激光扫描共聚焦显微镜以激光为光源，经照明针孔形成小光点，聚焦照射在样品的焦平面上，被照射点发出的光（反射光或荧光）经物镜收集后原路返回，由分光器导向探测器。光源前方的"照明针孔"和探测器前方的"探测针孔"，它们相对于焦平面上的光点是共轭的：焦平面的光能顺利穿过针孔，而焦平面上方或下方的离焦光、散射光则被针孔挡在外面无法成像。沿Z轴逐层移动样品并依次成像，即可得到一系列光学切片，经软件合成后重建出样品的三维形貌。

核心差异：三大技术维度对比

分辨率：垂直高度分辨与横向细节分辨各有侧重

白光干涉仪通过识别干涉信号的包络峰值确定表面高度。由于白光相干长度较短，信号峰值集中，即使是非常微小的高度变化也能被捕捉，因此在垂直方向具有较高的测量灵敏度。这也是大家常说白光干涉仪适合超光滑表面测量的原因。

共聚焦显微镜利用物镜将激光聚焦到样品表面形成微小光斑，并通过针孔过滤焦点以外的杂散光，使成像信号集中于焦点附近的微小区域，减少周围区域光信号的干扰，使相邻微小结构之间的细节差异更加清晰，因此具有较好的横向分辨能力。

测量效率与范围：面阵采集和逐层扫描的差异

白光干涉仪通常采用面阵相机，在Z轴扫描过程中，同步采集整个视场内多个像素的干涉信号，一次扫描就能获得一个区域内大量测点的信息，因此在大面积表面形貌和粗糙度测量中，通常具有较高的采集效率。​

传功激光共聚焦显微镜常曹勇逐点或逐线扫描，再结合Z轴逐层采集形成三维数据。虽然当下部分设备采用高速扫描技术提升效率，但在大面积或多层结构测量中，仍需考量扫描时间。

结构适应性：光路接收条件决定复杂表面的测量表现

白光干涉仪的测量依赖参考光与样品反射光之间的干涉信号，而样品表面的三维形貌会直接影响不同位置的光程差分布。由于白光具有较短的相干长度，当光程差超出有效相干范围时，干涉信号的对比度会明显降低。当样品表面存在倾斜、沟槽、光栅等微结构时，不同位置的高度变化会引起光程差变化，使干涉条纹出现弯曲、疏密变化或局部减弱甚至中断。此外，表面倾角和反射特性也会影响干涉信号的质量。因此，反射条件良好、局部倾角适宜的样品通常更容易获得可靠的测量结果。

共聚焦显微镜通过针孔滤除离焦光，具有较好的光学切片能力，但它同样依赖样品反射光返回探测器，对于深沟槽、陡坡、孔洞及高散射表面，仍可能受到光路遮挡、信号衰减和光学像差影响，并不能完全消除阴影或测量盲区，需要通过实际测样进行验证。

选型建议：三大场景对症下药

两种仪器并不存在绝对的性能高低之分，实际选择需要结合样品特征和测量目标。

• 关注精密表面形貌、纳米级高度变化及粗糙度测量、并且对测量效率要求高： 可以重点评估白光干涉技术。
• 关注微观结构观察、光学切片及不同深度成像，对测量效率要求不高： 可以评估激光共聚焦技术。
• 涉及陡坡、深沟槽、透明材料等复杂样品： 建议通过实际样品测试，验证测量完整性、准确度和重复性。

优可测白光干涉仪支持免费测样服务，如果你正在评估表面三维形貌测量方案，欢迎携带实际样品与测量需求联系优可测技术团队。通过真实测量数据，验证仪器测量能力，为设备选型提供参考。