使用激光顯微鏡測量表面粗糙度池田屋實(shí)業(yè)

什么是激光顯微鏡？

激光顯微鏡是一種光學(xué)顯微鏡，可讓您通過光源掃描激光束來觀察樣品。

它一般采用共焦光學(xué)系統(tǒng)，也稱為共焦激光顯微鏡或CLSM。激光顯微鏡采用共焦光學(xué)系統(tǒng)排除非焦平面的光線，因此它不僅在水平XY方向上具有高空間分辨率，而且在高度Z方向上也具有高空間分辨率。

因此，通過在高度方向上移動(dòng)顯微鏡圖像的同時(shí)測量顯微鏡圖像，也可以獲得3D圖像和全焦點(diǎn)圖像。

激光顯微鏡使用光進(jìn)行測量，因此無需接觸樣品。因此，在工業(yè)領(lǐng)域用于觀察半導(dǎo)體、電子元件等精密設(shè)備的三維形狀和表面形狀，在生命科學(xué)領(lǐng)域用于觀察熒光物質(zhì)標(biāo)記的細(xì)胞和生物組織.

此外，根據(jù)制造商的不同，可以定制激光顯微鏡的測量臺(tái)，從而可以測量大型樣品，例如大型平板顯示器。

圖 1. 激光顯微鏡的比較

激光顯微鏡的結(jié)構(gòu)與典型顯微鏡類似，例如透鏡和鏡子，但它使用激光作為光源，并設(shè)計(jì)為共焦光學(xué)系統(tǒng)。激光具有相同的波長和相位，具有優(yōu)良的單色性、方向性和直線傳播的特點(diǎn)。

普通光具有不同的相位和波長，因此光路永遠(yuǎn)不會(huì)對齊，照射樣品產(chǎn)生的反射光與散射光重疊，無法獲得清晰的圖像。另一方面，對于激光顯微鏡，通過在反射光穿過透鏡并從樣品反射后聚焦的位置安裝針孔，可以去除多余的光，例如散射光。因此，您可以獲得輪廓清晰的美麗圖像。

此外，當(dāng)使用激光顯微鏡獲得二維圖像時(shí)，有兩種方法：移動(dòng)載物臺(tái)和移動(dòng)激光機(jī)構(gòu)。各自的特點(diǎn)如下。

圖2 激光顯微鏡掃描方式

使用激光顯微鏡進(jìn)行掃描的方法有很多種。例如，使用檢流計(jì)鏡進(jìn)行掃描會(huì)機(jī)械地移動(dòng)鏡子，但 MEMS 掃描儀或諧振掃描儀也可以加快該過程。

旋轉(zhuǎn)圓盤法適用于高速測量，是一種將激光束照射到排列有許多微透鏡和針孔陣列的圓盤上，同時(shí)拾取大量從樣品反射的光的方法。。雖然這種方法可以一次性獲得大量信息，但即使信息分散到一定程度，也需要足夠強(qiáng)度的高功率激光。

圖3. 激光顯微鏡和電子顯微鏡的區(qū)別

除了激光顯微鏡之外，電子顯微鏡也是高倍顯微鏡的例子，但這些設(shè)備的原理并不相同。激光顯微鏡使用光，而電子顯微鏡使用電子束，觀察倍率、設(shè)備和測量技術(shù)差異很大。

與可見光相比，電子波長非常短，因此電子顯微鏡的分辨率極高，掃描電子顯微鏡（SEM）可以觀察小至幾納米的結(jié)構(gòu)。另一方面，激光顯微鏡無法觀察比波長更短區(qū)域的結(jié)構(gòu)，其分辨率只有幾百納米。

激光顯微鏡和電子顯微鏡需要明顯不同的設(shè)備；電子顯微鏡使用電子束，因此需要在真空下進(jìn)行測量。此外，當(dāng)用電子顯微鏡測量高絕緣材料時(shí)，存在一些局限性，例如由于電子束而在表面積累電荷，從而導(dǎo)致圖像失真，因此需要注意樣品特有的物理特性。

此外，作為一種測量技術(shù)，電子顯微鏡需要熟練的技術(shù)，例如切割表面和優(yōu)化觀察條件。另一方面，激光顯微鏡不會(huì)積聚電荷，并且在切割表面時(shí)不需要精度，因此它們可以比電子顯微鏡用于更通用的用途。

共焦激光顯微鏡可以非接觸式測量樣品表面粗糙度。原子力顯微鏡是一種測量樣品表面粗糙度的方法，但共焦激光顯微鏡具有能夠非接觸式測量的巨大優(yōu)勢。另一方面，由于分辨率與原子力顯微鏡不同，需要根據(jù)樣品表面的粗糙度選擇合適的設(shè)備。