白光干涉仪中的VSI和PSI以及VXI模式的区别

白光干涉仪是一种高精度的光学测量仪器，它利用白光干涉原理来测量物体表面的形貌和高度等信息。在白光干涉仪中，垂直扫描干涉测量模式（VSI）、相移干涉测量模式（PSI）以及结合VSI和PSI的高分辨测量模式（VXI）是三种重要的测量模式。以下是对这三种测量模式的详细介绍：

一、垂直扫描干涉测量模式（VSI）

原理：

VSI模式是基于白光干涉的一种垂直扫描测量方法。它利用白光作为光源，通过测量分析干涉图零光程差位置来提取样品表面的高度信息。

由于白光是宽带光源，因此白光干涉图是不同波长光干涉的叠加。在零光程差位置，即被测表面与参考平面等光程的位置，干涉图的光强、对比度等特征参数会达到最大值。

特点：

VSI模式适合测量从光滑到适度粗糙的表面，无论物镜的数值孔径（NA）或放大倍数如何变化，都可以提供纳米的垂直分辨率。

它克服了PSI模式在台阶高度测量上的限制，能够测量更高的台阶或更粗糙的表面。

然而，与PSI模式相比，VSI模式在精度上可能稍低。

二、相移干涉测量模式（PSI）

原理：

PSI模式是基于单色光干涉的一种相位测量方法。它利用单色光作为光源，通过测量分析干涉图的干涉相位来提取样品表面的高度信息。

由于光源波长已知，PSI模式可以通过精确移动测量平面来产生干涉图相位的移动，并利用多幅相移干涉图光强值来求取高度值。

特点：

PSI模式具有极高的测量精度，通常可以达到纳米级别。

它适合测量连续高度变化较小的微纳结构表面。

但是，PSI模式存在¼波长台阶高度的测量限制，即当相邻两个点的高度超过光源波长的¼时，干涉相位值会发生模糊，导致测量不准确。

三、结合VSI和PSI的高分辨测量模式（VXI）

原理：

VXI模式是结合VSI和PSI两种测量模式的高分辨测量模式。它利用VSI模式的垂直扫描能力和PSI模式的高精度相位测量能力，通过综合两种模式的优点来实现更高分辨率和更广泛测量范围的测量。

特点：

VXI模式结合了VSI和PSI两种模式的优点，既具有VSI模式的垂直扫描能力和对粗糙表面的适应性，又具有PSI模式的高精度和相位测量能力。

它能够提供更广泛的高度测量范围和更高的测量精度，适用于各种复杂表面的测量。

综上所述，白光干涉仪中的VSI、PSI和VXI三种测量模式各具特点，适用于不同的测量需求和场景。在选择测量模式时，需要根据被测表面的特性、测量精度要求以及测量环境等因素进行综合考虑。

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