扫描白光干涉术是目前最精确的表面形貌测量技术之一，被广泛应用于工业与科研领域。从发明至今的三十余年间，在精密光学、半导体、汽车及航天等先进制造领域的需求牵引下，该技术不断取得新的进展与突破。本文从技术应用、方法和算法创新、系统设计、理论模型、校准与误差补偿等方面，总结了过去二十年扫描白光干涉技术的重要进展，对该领域进一步发展提出了展望。

用白光干涉检测(WLI)法检测微结构表面形貌时, 其光滑结构面和边角数据很容易丢失, 因此本文提出了自适应方向WLI检测法。该方法分别沿着每个微斜面法向进行自适应方向检测, 评价分析其面形、特征轮廓和特征点的加工精度。首先, 采用#3000金刚石砂轮微细尖端在Si表面加工出高度为50 μm、宽度为56 μm且光滑的微锥塔结构。然后, 利用四次检测点云对微磨削表面进行拼接与重建。最后, 分析面形误差、特征轮廓误差和特征点误差。实验显示: 自适应方向WLI检测可以重构出完整的微锥塔结构表面, 微磨削的面形误差为5.3 μm, 表明该微磨削技术可以确保微锥塔结构光滑Si表面的加工精度。但是, 对微锥塔结构表面特征轮廓误差及特征点误差的评价表明, 特征轮廓误差高达7.7 μm, 而特征点误差约为15 μm, 约为面形误差的3倍。分析认为这些误差是由微金刚石砂轮V形尖端磨钝及微磨粒钝化造成的。

实验研究了轴向色差测试技术用于动态损伤样品截面形貌测量的可行性，对材料动态损伤的损伤程度进行了高精度的表征与量化。首先，采用基于白光轴向色差的表面轮廓测试技术，对动态冲击实验"软回收"得到的样品截面进行测量；然后，对测试数据进行重构，获得了样品截面二维图像和表面三维轮廓形貌。最后，针对该测试方法获得的数据建立了损伤计算方法,并利用该方法计算了材料的损伤量。结果表明：该技术能对样品截面进行大范围连续测量(6.9 mm×9.999 mm)，获得样品截面清晰的三维形貌，并且将损伤度曲线的分辨率提高到3 m。得到的结果显示：基于白光轴向色差的测试技术能实现材料动态损伤的大范围、高精度连续测量，测试工作量小，计算损伤的方法简单，能有效地提高损伤度曲线的分辨率。

采用扫描白光干涉法对菲涅耳微透镜芯模表面浮雕结构进行了检测, 并对元件表面微观形貌进行了三维重建。根据其表面形貌数据, 引入幅度参数表征法, 分别计算出横向线宽误差以及样品的系统刻蚀深度误差和随机刻蚀深度误差等纵向加工偏差。通过表面高度分布的偏斜度、表面高度分布的峭度等参数获得了有关微芯模表面误差和缺陷的量化信息。实验研究表明, 扫描白光干涉法能精确定量化表征微芯模表面形貌特征, 这对探索适用于新型微光学器件表面三维形貌误差的无损检测评价方法具有实际意义。

设计了一套迈克耳孙白光干涉仪系统用于测量光学薄膜的反射相位,并由此反推单层薄膜的物理厚度。为补偿传统算法获取相位所存在的误差,提出一种新算法,以线性拟合结果作为初始猜想,采用多变量优化拟合总光程差曲线得到光学薄膜的相位。通过数值模拟的方式论证了理论上的可行性和高计算精度。采用多变量优化的手段进行处理实际测试的一组单层TiO2薄膜,所得物理厚度值与传统的光度法测试反演结果非常吻合。该测试系统和处理算法为快速精确测量光学薄膜厚度提供了一种新的解决方案。

随着微机电系统的发展,器件设计和加工过程中的表征成为一个主要问题。提出了将扫描白光干涉表面轮廓测量方法用于微结构和器件的几何特性检测上。测量系统采用了米劳显微干涉仪,利用压电陶瓷物镜纳米定位器实现垂直方向100 μm范围内的精确扫描,并通过傅里叶变换算法获取条纹包络峰的位置,进而得到器件的整体集合尺寸信息,与相移干涉方法相比大大提高了测量范围。通过测量纳米台阶对该系统进行了精度标定,测量重复性在亚纳米量级。最后通过测量微谐振器和微压力传感器的几何尺寸说明了该方法的功能。

提出了一种基于动态均值滤波、二次曲线法解调和拟合法求光程差的数据处理新方法.与传统的算法比较,动态均值滤波避免了耗时的快速傅立叶变换,二次曲线法解调有更好的解调精度,拟合法求光程差可去除噪音较大的数据.新算法有快速、可使用的测量范围大和抗干扰能力强的优点.新方法可适用的白光干涉谱数据距离范围为10(m到100(m.在样品上采集到的白光干涉谱数据的对比度约为0.06、信噪比约为18dB.用新方法和传统方法分别对这些数据进行了处理.新方法处理结果的短期数据方差小于10nm,精度比常用方法好4倍.