为了搞清楚硅基光波导表面的粗糙程度究竟给光信号带来多大损失，现在大家都在研究这个问题。虽说硅基波导在光通信和光子集成这块儿表现得特好，但就是因为侧壁有坑洼不平的地方，光在里面跑的时候损耗太大，严重拖后腿了。所以，咱们得想办法精准测量出表面的粗糙度，这可是优化设计、提升性能的关键。 这时候共聚焦显微镜的优势就显示出来了。它不用接触样品就能成像，还能把三维结构看得清清楚楚。原理是这样的：光源发出的光先被物镜聚到样品上，反射回来的光得穿过一个小针孔才能被探测器收到。只有针尖平面上的信号有用，这样就能得到高分辨率的三维图像了。这项技术不仅能把整张片子无损检查一遍，不会像机械探针那样把样品弄伤；还克服了扫描电子显微镜（SEM）只能测个大概轮廓的短板。 咱们就拿共聚焦显微镜来给SOI（绝缘体上硅）和SOS（氧化硅基）两种硅基波导做个系统的测量。整个过程把环境干扰和扫描精度都控制得死死的。先看SOI这种结构的粗糙度吧。制作它用的是电感耦合等离子体（ICP）刻蚀的办法，脊型结构的两边会比较粗糙。扫描的时候沿着垂直光波导的方向走，每隔100nm画一条线。在工艺做得好的样品上，测得水平和垂直两个方向的粗糙度差不多都是20nm，分布得比较均匀。反复测了几次算平均值是20.33nm。但要是工艺没控制好，侧壁的粗糙度能蹿到400nm，这说明制作工艺对粗糙度影响非常大。 再看看SOS这种结构的测量结果。它的侧壁稍微有点各向异性——水平方向平均29nm，垂直方向36nm。整体均匀性比有些SOI样品还好。为了让测量更精准点，实验把激光半高宽这个参数调了调，把精度控制在了10nm以内，这就满足了亚纳米级别的粗糙度要求。 把共聚焦显微镜测出来的数据代入那个改进的Payne-Lacey（PL）理论模型里头去算，再加上FD-BPM模拟一下就能发现：SOI波导侧壁粗糙度从20nm涨到400nm的时候，光传输损耗（OPL）从0.8dB/cm一下跳到5dB/cm以上了。这就说明粗糙度确实是光损耗的头号凶手。 在耦合实验里挑了两个粗糙度分别是22nm和50nm的SOI样品做F-P腔测试。测出来的TE模式平均损耗3.1dB/cm、TM模式4.3dB/cm，跟模拟结果对得上号。这说明共聚焦显微镜测出来的糙度数据确实能给理论模型撑腰。 除了光损耗外，咱们还发现波导宽度、硅芯折射率这几样东西跟粗糙度凑一块儿有个协同效应。这就给优化波导结构提供了很好的依据。 总的来说，共聚焦显微镜靠着不用伤样品、能精准测出三维结构的本事成了测表面粗糙度的大功臣。它给出的精确数据不光验证了改进的PL理论是对的，还把表面糙度跟光损耗之间的定量关系给摆明了。研究表明只要通过这个显微镜把粗糙度管好，就能把光损耗降下来。凯视迈（KathMatic）是国产大品牌推出的KC系列多功能精密显微镜也能做到非接触、高精度地把样品表面的微观形貌拍出来生成彩色三维点云。 KC系列三合一精测显微镜现在各行各业的新材料研究和精密工程技术都在用它。相比起别的同类产品它有几个绝活：一是成像范围宽得很从几微米到一米都能测；二是测试速度快得很放好样品选好区域它就能自己跑一遍；三是分析功能强得很能三维显示统计导出啥都有；四是测试特别稳不管样品是啥颜色材质反射率都一样稳。欢迎私信或留言咨询~