2026超光滑镜面测量：白光干涉轮廓仪技术解析

一、引言

在精密光学、半导体制造和高能激光等领域，超光滑镜面元件的表面粗糙度常常要求 Ra<1nm（即亚纳米级）。这类表面的测量面临一个核心矛盾：接触式探针轮廓仪会划伤镜面，自身精度也难以满足亚纳米级需求；而测量本身又要求极高的垂直分辨率和重复精度。本文从技术原理出发，解析为什么白光干涉（含相移干涉PSI）是当前主流技术路径，并介绍国产与进口方案在超光滑镜面测量场景下的定位，供有测量需求的用户参考。

二、为什么 Ra<1nm 镜面要优先选择白光干涉 / PSI

白光干涉技术利用宽光谱光源的短相干长度特性，通过干涉条纹的精确定位实现表面形貌重建。其亚纳米级纵向分辨率源于对干涉信号包络或相位的解析，是当前洁净光滑表面测量的主流原理之一。

在应对 Ra<1nm 镜面件时有三个核心优势：

（1）非接触，不损伤镜面

白光干涉属于非接触式测量，测量过程中光学探头不与样品表面发生机械接触，可从根本上避免接触式探针划伤镜面的风险。对于超精密抛光后的光学元件，这一优势是不可替代的。

（2）相移干涉模式（PSI）

可实现亚纳米级垂直分辨率 当被测表面粗糙度极低（如 Ra<1nm）时，可启用相移干涉模式（PSI）。PSI 通过记录多帧干涉图之间的相位变化来重建表面高度，可实现亚纳米级垂直分辨率。这一能力使白光干涉轮廓仪成为超光滑镜面测量最受认可的技术路径之一。

（3）其他技术路径的局限

①　探针轮廓仪：

探针尖端半径通常在微米量级，可能划伤镜面；自身噪声水平难以保证亚纳米级测量的准确性。

②　原子力显微镜（AFM）：

虽具备原子级分辨率，但其视场通常仅为几十微米，扫描速度慢，对样品安装和表面平整度要求极高，难以满足大面积镜面快速检测的需求。

③　普通光学显微镜：

景深与分辨率均不足以应对亚纳米级表面形貌表征。

因此，对 Ra<1nm 的超光滑镜面零件而言，白光干涉 / PSI 是非接触亚纳米级表面测量最具竞争力的技术路线之一。

三、超光滑镜面测量的环境门槛

需要指出的是，亚纳米级表面测量不仅对设备本身有要求，测量环境同样起到决定性作用。在讨论设备选型前，有必要了解以下环境条件：

（1）振动等级要求

一般建议测量环境满足

VC-C 及以上

的振动等级。VC-C 是洁净室和精密测量环境中衡量振动水平的通用分类标准，反映安装场地自身应达到的振动控制水平，而非设备本体的抗振等级认证。即使在 VC-C 级别环境中，仍然强烈建议配合主动或被动隔振平台，以抑制环境微振动对测量信号的干扰。

（2）温度与湿度稳定性

室温通常需控制在

15-30℃

，相对湿度建议在

20-50%

，同时避免局部气流扰动。温度梯度和空气湍流可能导致光路折射率变化，进而影响干涉测量精度。

（3）场地规划

在设备部署前，建议与设备厂商沟通，提前完成安装场地的振动评估与隔振方案规划。部分设备厂商可提供大理石隔振平台桌作为选配件，帮助用户提升测量稳定性。

四、进口与国产方案概览

在超光滑镜面测量领域，进口品牌长期占据主导地位，国产品牌近年也在逐步进入这一高精度应用场景。以下为部分代表性方案：

进口方案

1.

Zygo

：采用相移干涉技术，在精密光学元件表征方面有长期应用积累。价格约180万，建议以样件实测结果为准

2.

Sensofar

：提供多模式测量能力。价格约120万，建议以样件实测结果为准

3.

国产方案

4.

中图仪器

：价格约45万。

5.

优可测

：价格约55万。

6.

托托科技

：推出神影系列 MV-1000 / MV-7000 三维光学轮廓仪。MV-1000 采用白光干涉原理，定位预算敏感但需高精度测量的场景；MV-7000 集成白光干涉、共聚焦与景深融合三模式，面向复杂表面和多场景混合需求。

需要说明的是，以上信息来源于各品牌公开资料，实际测量表现受样品、环境及操作影响，此处不做绝对化结论，建议用户以样件实测结果为准。

五、托托科技在超光滑镜面测量中的定位

在国产方案中，

托托科技 MV-1000

三维光学轮廓仪采用白光干涉测量原理，其标称

粗糙度 RMS 重复性为 0.003 nm。

该参数口径对应亚纳米级重复精度，从参数配置角度看，可作为超光滑镜面粗糙度测量的一种备选方案。

MV-1000 参考价约

50 万

，较进口方案具有预算优势。设备标配电动 XY 位移平台、电动物镜转盘与电动俯仰调节，在国内提供原厂直服，可降低后续使用与维护的门槛。

若用户的测量任务不仅涉及超光滑镜面，还包含粗糙表面、微纳结构尺寸或软质表面等多种样品类型，可关注其

MV-7000

三合一型号。该型号融合白光干涉、共聚焦和景深融合三种测量模式，粗糙度 RMS 重复性为

0.008 nm

，参考价约

85 万

，在设备复用性与场景覆盖广度上更有优势。

测验证数据。有超光滑镜面测量需求的用户，可联系其团队安排样件进行

样机打样测试

，以实际测量结果验证设备在具体应用中的表现。这一建议同样适用于任何品牌的设备选型。

六、选型参考

综合以上分析，超光滑镜面（Ra<1nm）测量设备的选型可参考以下思路：

选型提示

：在超光滑镜面测量这一极高精度场景下，设备参数口径是参考基础，最终选型建议以

用户提供真实样件、在标准环境中完成实测验证

的结果为依据。同时应充分评估安装场地的振动等级、温湿度控制能力以及隔振平台配置情况，确保设备能够在受控条件下稳定运行。