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1、引言

PLC（平面光波導）作為集成光學領域的核心器件，其內部圖形凹槽的深度是決定光傳輸路徑、模式耦合效率及信號傳輸損耗的關鍵參數。在PLC制備過程中，光刻、蝕刻等工藝易導致凹槽深度出現偏差，過深會破壞波導芯層完整性，過淺則無法實現光信號的有效約束與隔離，直接影響器件性能。傳統凹槽深度測量方法存在測量范圍有限、易損傷器件表面等缺陷，難以滿足PLC高精度檢測需求。3D白光干涉儀憑借非接觸測量特性、納米級分辨率及全域三維形貌重建能力，可快速精準提取圖形凹槽深度數據，為PLC制備工藝管控提供可靠支撐。本文重點探討3D白光干涉儀在PLC平面光波導圖形凹槽深度測量中的應用。

2 、3D白光干涉儀測量原理

3D白光干涉儀以寬光譜白光為光源，經分束器分為參考光與物光兩路。參考光射向固定參考鏡反射，物光經高數值孔徑物鏡聚焦后照射至PLC平面光波導的圖形凹槽表面，反射光與參考光匯交產生干涉條紋。因白光相干長度極短（僅數微米），僅在光程差接近零時形成清晰干涉條紋。通過壓電陶瓷驅動裝置帶動參考鏡進行精密掃描，高靈敏度探測器同步采集干涉條紋強度變化，形成干涉信號包絡曲線，曲線峰值位置精準對應凹槽表面各點的高度坐標。結合像素級高度計算與二維掃描拼接技術，可完整重建圖形凹槽全域三維輪廓，以PLC波導表面為基準面，通過凹槽底部與基準面的高度差計算獲取凹槽深度，其垂直分辨率可達亞納米級，適配微納尺度PLC圖形凹槽的高精度測量需求。

3 、3D白光干涉儀在PLC圖形凹槽深度測量中的應用

3.1 凹槽深度精準量化

針對微納尺度PLC圖形凹槽（深度范圍100 nm-5 μm）的測量需求，3D白光干涉儀可通過優化測量參數實現精準量化。測量時，根據凹槽尺寸選取適配的視場范圍與物鏡倍率，對PLC圖形凹槽區域進行全域掃描，通過三維輪廓重建獲取凹槽完整的高度分布數據。采用基準面擬合與深度提取算法，自動剔除波導表面微小起伏的干擾，精準計算凹槽底部與波導基準面的高度差，即凹槽深度值。實驗數據表明，其凹槽深度測量誤差≤2 nm，可有效捕捉干法蝕刻工藝中蝕刻時間、氣體配比變化導致的深度波動，為工藝參數優化提供精準量化依據。同時，支持多凹槽連續掃描測量，實現整片PLC器件圖形凹槽深度的均勻性評估。

3.2 凹槽形貌缺陷同步檢測

PLC圖形凹槽制備過程中易出現的槽底殘留、槽壁傾斜、邊緣毛刺、局部凹陷等缺陷，會直接影響深度測量準確性及器件光學性能。3D白光干涉儀在測量凹槽深度的同時，可通過三維輪廓重建同步識別此類缺陷。當檢測到槽底殘留高度超過50 nm、槽壁傾斜角度超過1°，或邊緣毛刺高度超過30 nm時，可判定為不合格產品。通過缺陷的尺寸、位置量化分析，可追溯光刻掩膜精度、蝕刻工藝穩定性等制備環節的問題。例如，當出現大面積槽底殘留導致深度偏小時，可反饋調整蝕刻功率或延長蝕刻時間，提升凹槽成型質量。

4 、測量優勢與應用價值

相較于傳統觸針式輪廓儀，3D白光干涉儀的非接觸測量模式可避免劃傷PLC波導光滑表面及凹槽內壁，保障器件完整性；相較于原子力顯微鏡的點掃描局限，其具備更快的全域掃描速度（單凹槽測量時間≤2 s），可滿足PLC器件產業化批量檢測需求。通過為圖形凹槽深度測量提供精準、全面的量化數據及缺陷檢測結果，3D白光干涉儀可助力構建PLC平面光波導制備的嚴格質量管控體系，提升器件良率與光學性能穩定性，為集成光學技術的產業化發展提供關鍵技術支撐。

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