[新启航]白光干涉仪与激光共聚焦显微镜的区别解析

引言

在微观形貌表征领域，白光干涉仪与激光共聚焦显微镜是两种广泛应用的精密测量仪器。二者虽均能实现三维形貌成像，但基于不同的光学原理，在测量精度、适用范围及性能特点上存在显著差异。深入理解这些差异，对于根据实际需求选择合适的测量工具具有重要意义。

测量原理的核心差异

白光干涉仪的测量原理

白光干涉仪基于光的干涉现象工作，其核心是利用宽光谱白光的低相干特性（相干长度通常小于 20μm）。光源发出的白光经分光镜分为参考光与物光，参考光经固定参考镜反射，物光照射到样品表面后反射，两束光在接收端汇合形成干涉条纹。由于白光相干长度极短，仅在样品表面与参考镜光程差接近零的区域产生清晰条纹。通过垂直扫描参考镜，记录各点干涉信号的强度包络，其峰值位置对应表面各点的高度信息，最终通过算法重建三维形貌。

激光共聚焦显微镜的测量原理

激光共聚焦显微镜以激光为光源，借助共聚焦成像技术实现测量。激光经针孔形成点光源，通过物镜聚焦于样品某一深度平面，该平面的反射光经同一物镜收集后，只有聚焦点的光线能通过共轭针孔被探测器接收，非聚焦平面的散射光则被针孔阻挡。通过沿 Z 轴逐点扫描样品，结合 XY 平面的二维扫描，可获取一系列不同深度的清晰图像，经软件合成后得到三维形貌数据。

性能参数的对比

分辨率特性

在垂直分辨率方面，白光干涉仪表现更优，可达 0.1nm 级别，能精准捕捉纳米级的表面起伏；激光共聚焦显微镜的垂直分辨率通常在 10nm 以上，虽低于白光干涉仪，但足以满足多数微观结构的测量需求。

横向分辨率上，激光共聚焦显微镜因采用激光光源和针孔滤波技术，可达到 200nm 左右，对表面细节的分辨能力更强；白光干涉仪的横向分辨率受光学系统衍射限制，通常在微米级，更适合宏观形貌的整体表征。

测量范围差异

白光干涉仪的横向测量范围较大，一般为数十微米至数毫米，可对较大面积的样品进行快速扫描；激光共聚焦显微镜的横向测量范围相对较小，通常为微米至数百微米，更适合局部微小区域的精细观察。

在垂直测量范围上，白光干涉仪可覆盖数微米至数百微米的高度差，而激光共聚焦显微镜的垂直测量范围受扫描深度限制，通常在数百微米以内，但对陡峭结构的适应性更强。

适用场景与样品类型

白光干涉仪的适用场景

白光干涉仪适用于测量超光滑表面（如光学镜片、半导体硅片）的粗糙度、台阶高度等参数，尤其擅长大面积、低粗糙度样品的检测。其非接触式测量方式对样品无损伤，适合精密制造领域的质量控制。但对于高吸收率、透明或表面反光率差异大的样品，需进行表面处理（如喷金）才能获得有效数据，且易受光学阴影效应影响，对深沟槽、陡峭坡度结构的测量准确性较低。

激光共聚焦显微镜的适用场景

激光共聚焦显微镜在生物样品、复合材料等复杂形貌的测量中更具优势，可对细胞、薄膜层等进行三维结构观察。其对样品反射率要求较低，能直接测量不透明、高粗糙度表面，且对深沟槽、多孔结构的成像效果更好。此外，激光共聚焦显微镜可实现荧光成像，在生物医学领域的应用更为广泛，但测量速度相对较慢，大面积扫描效率较低。

操作与环境要求

白光干涉仪对环境稳定性要求较高，需在恒温（±0.5℃）、防震条件下工作，否则易因振动或温度变化导致干涉条纹失真；激光共聚焦显微镜虽也受振动影响，但环境适应性相对较强，部分型号可在普通实验室环境中使用。

在操作复杂度上，白光干涉仪的自动化程度较高，操作人员经简单培训即可完成测量；激光共聚焦显微镜的参数设置（如激光强度、扫描速率、针孔大小）对成像质量影响较大，需要更专业的操作技能。

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（以上数据为新启航实测结果）

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