白光干涉仪的光路结构优化解析

根据干涉光路的结构不同，白光干涉仪可分为双光路和共光路两种类型。用于微表面形貌测量的基本上都是双光路干涉显微镜结构。根据分光方式的不同，双光路干涉显微镜结构又可分为Michelson（迈克尔逊）、Mirau（米洛）、Linnik（林尼克）三种类型，图6.11是这三种分光方式的示意图。

图6.11　三种不同类型的双光路干涉显微镜结构

Michelson 干涉仪：来自光学系统前端光路的平行光经显微镜物镜和分光棱镜后分为两束，一束投射到参考面，另一束投射到被测面。这两束光被反射后再次经过分光棱镜，在物镜上发生干涉。(www.xing528.com)

Mirau 干涉仪：来自光学系统前端光路的平行光经显微镜物镜后透过参考反射镜，然后在分光镜上表面分成两束。透射光经被测试件反射后，再次透过分光镜和参考镜回到物镜；反射光被参考反射镜上表面反射，再被分光镜上表面反射后回到物镜，两束光发生干涉。

以上两种干涉仪均只使用了一个显微镜物镜，因而在测量时物镜不会给两束相干光引入附加的光程差，但为了在物镜和被测表面之间放置分光镜和参考反射镜等元件，就要求干涉仪的物镜工作距离长，尤其是Michelson 型，因而限制了其数值孔径的进一步增加，造成这两种镜头的横向分辨率都较低。一般情况下，Michelson 型干涉仪显微镜物镜的放大率一般只有1.5×、2.5×和5×，数值孔径小于0.2，横向分辨率为8 μm。

Linnik 干涉仪：来自光学系统前端光路的平行光经分光棱镜后分为两束，反射光束经显微镜物镜聚焦在参考反射镜上，被参考镜反射回的光束再经分光棱镜反射进入干涉仪本体；透射光束经另一显微镜物镜聚焦在被测试件表面上，被测面反射的光束透过分光棱镜回到干涉仪本体，两束光重新汇合并发生干涉。该光路采用了两个名义参数完全相同的显微镜物镜，由于在物镜和被测表面之间没有其他光学元件，因而可以使用工作距离较短的显微物镜，其数值孔径可高达0.95，放大率一般高达100×，甚至200×，横向分辨率达0.5 μm。但由于两物镜本身像差难以做到完全一致，因而在测量时物镜会给两束相干光引入附加的光程差。