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差分平面鏡干涉儀:DPMI 的運作原理

差分平面鏡干涉儀:DPMI 的運作原理

By Zygo | Published: 2026-11-01

Category: 操作指南

了解差動平面鏡干涉儀(DPMI)如何以兩片參考鏡測量位移與角度,並依照可避免常見對準錯誤的設定順序操作。

快速解答

差動平面鏡干涉儀(DPMI)會將單一雷射光束分成兩條路徑,分別由兩面獨立的平面鏡反射後再重新合併,使干涉訊號呈現兩條路徑之間的差異。設定時,請先定義兩面參考鏡,分別獨立對準每一道回返光束,最後再將差動讀值歸零。

DPMI 與單次通過平面鏡配置有何不同

傳統平面鏡干涉儀會將一道量測光束送至目標鏡,並與固定的內部參考進行比較。DPMI 則改用兩片外部平面鏡:一片作為位移參考,另一片作為角度參考。您所觀察到的干涉,是這兩條外部光路之間的差異,因此共模運動(例如載台漂移或安裝結構的熱膨脹)大多會被抵消。

當您關心的是相對運動(例如兩個表面之間的直線度或角度偏差),而非與干涉儀頭之間的絕對距離時,這項差異就很重要。取捨在於兩片參考鏡都會成為量測迴路的一部分。若在歸零後任一參考鏡移動或安裝不良,即使目標並未移動,讀值也會漂移。

選擇參考鏡配置

隨附的 DPMI 說明指定需搭配平面鏡目標,以及角度參考鏡或位移參考鏡使用。這段措辭是決策點,而非建議:您所選的參考鏡會決定差動量測的意義。當您想相對於穩定表面追蹤傾斜或直線度時,角度參考配置是正確的選擇。當您想要兩個線性位置之間的差異時,位移參考配置是正確的選擇。

由於型錄未列出此產品可用的選項類型,訂購前請先向 Zygo 確認您預計採用的參考鏡配置與安裝介面。請勿假設您現有的鏡片可作為參考;其平面度、安裝方式與鍍膜都必須符合您所宣稱的量測。

DPMI 設定容易出錯的地方

大多數 DPMI 問題並非光學故障,而是機械問題。夾在會撓曲支架上的參考鏡、隨載台移動而傾斜的目標鏡,或暖機後遮擋孔徑的光束,都會產生看似合理但錯誤的資料。第二個常見失誤是過早歸零:若在雷射與載台達到熱平衡前就歸零,差動讀值將在整段工作期間持續漂移。

第三個問題是混淆兩道回光。在差動配置中,兩條光路都會回到干涉儀,先對準哪一道回光若弄反,可能讓未對準的參考看起來沒問題。在動手調整前,先在測頭上為光束做實體標記。

DPMI 設定流程

  1. 在安裝任何東西之前,先定義量測: 決定您需要角度參考鏡還是位移參考鏡,並寫下哪個表面是目標、哪個表面是參考。常見錯誤:根據工作台上既有的東西來選擇參考鏡,而不是根據量測需求來選擇。 如果答案不明確,請先停下來,並在繼續之前與 Zygo 確認配置。
  2. 將兩個參考鏡穩固且獨立地安裝: 將參考鏡與平面鏡目標安裝在不共用撓性構件的固定座上。確認每個固定座都能在不干擾另一個的情況下進行調整。常見錯誤:將兩面鏡子夾在同一塊薄板上,這會耦合它們的運動並使差動量測失效。 鎖緊後輕輕推壓每個固定座;任何可見的移動都表示該固定座尚未準備好進行計量。
  3. 將干涉儀頭部調至水平並與目標路徑對正: 設定頭部,使量測光束在平面鏡目標行程中心附近入射,並在整個平台範圍內經由孔徑返回。常見錯誤:只在起始位置對準,然後在行程末端失去返回光束。 在鎖定任何部件之前,先讓載台走完全部行程範圍。
  4. 分別對準每一道回光光束並加以標示: 一次阻擋一條光路,並將另一道回光導向其偵測器或相機位置。在頭部標明哪一道回光是目標光路、哪一道是參考光路。常見錯誤:同時調整兩道回光,並將未對準的參考光誤認為置中良好的目標光。 在嘗試觀察條紋之前,兩道回光都應置中且穩定。
  5. 觀察條紋並確認差動響應: 在兩條路徑皆開啟的情況下,尋找清晰的條紋,然後刻意僅將目標反射鏡移動一小段已知距離。條紋數量應會改變;僅移動參考反射鏡也應使其改變,藉此確認兩條路徑皆正常運作。常見錯誤:接受對兩個反射鏡皆無反應的條紋,這通常表示其中一條路徑被阻擋。 若只有一個反射鏡會改變讀值,表示其中一道回傳光束未到達干涉儀。
  6. 讓系統達到熱平衡,然後歸零: 依系統所需的預熱時間運轉雷射與載台,觀察差動讀值是否漂移,之後再設定零點。常見錯誤:開機後立即歸零,使預熱漂移被寫入後續每一次讀值。 歸零前先記錄漂移率;穩定的讀值是可信零點的前提。
  7. 收集資料前,先以重複量測進行驗證: 將目標移開再移回起始位置,確認差動讀值在您的容許範圍內回到零點。常見錯誤:省略回零檢查,直到長時間量測後才發現背隙或固定座潛變。 若讀值未回到零,請先檢查安裝座,再調整光學元件。

產品資訊

  • 差動平面鏡干涉儀: 差動平面鏡干涉儀,設計用於搭配平面鏡目標,以及角度參考鏡或位移參考鏡。參考鏡的選擇會決定您的差動讀值代表角度或線性位移,因此請在安裝光學元件前先確認這一點。
    Differential Plane Mirror Interferometer
    差動平面鏡干涉儀

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