真空环境光谱共焦传感器能够实现纳米级甚至更高精度的测量。在真空环境下,避免了空气流动、尘埃等因素对测量的干扰,同时稳定的光学性能使得测量结果更加可靠。其高精度特性使其在半导体制造、精密光学加工等对测量精度要求高的领域具有广泛应用,例如在半导体晶圆加工中,可准确测量晶圆表面的平整度和厚度变化,确保加工精度符合纳米级标准。
传感器与被测物体之间无需物理接触,避免了接触式测量可能带来的表面损伤、变形等问题。在真空环境中,对于一些易碎或表面精度要求高的材料和器件,如光学镜片、薄膜等,非接触式测量尤为重要,能够在不破坏样品的前提下获取准确的测量数据。
真空环境光谱共焦传感器的基本工作原理:
1.光源与分光
光谱共焦传感器采用特定光源,通常是白光或宽光谱光源。在真空环境中,光线传播特性相对稳定,减少了外界因素如空气扰动对光路的影响。光源发出的光经过分光镜等光学元件处理,被分解成不同波长的单色光。这些单色光沿着同一光路传播,为后续的聚焦和测量做准备。
2.共焦成像与聚焦
分解后的单色光通过物镜聚焦到被测物体表面。由于不同波长的光具有不同的焦点位置,在被测物体表面形成一个连续的焦点序列。当被测物体表面位于某一波长光的焦点时,该波长的光被反射回来,而其他波长的光由于不在焦点上,反射光强相对较弱。这种基于共焦原理的设计,使得只有来自被测物体表面特定位置(焦点处)的光能够有效返回,提高了测量的准确性和空间分辨率。
3.光谱分析与数据处理
反射回来的光经过物镜、分光镜等再次回到光谱仪。光谱仪对反射光进行光谱分析,通过检测不同波长光的强度,确定哪个波长的光具有较强的反射信号。根据预先校准的波长 -距离关系,就可以计算出被测物体表面到传感器的距离。在真空环境中,由于没有空气折射等因素的影响,波长 -距离关系的校准更加准确,进一步提高了测量精度。