光的干涉现象原理和应用

干涉光刻，是一种无需用到复杂的光学系统或光掩膜而制备精细结构的技术。作为一项比较可靠的图形产生技术，干涉光刻不但在CD控制方面具有很好的表现，而且其工艺宽容度与传统一般相比也较大，还能够产生具有陡的侧壁、大的深宽比和深亚微米尺寸的抗蚀剂结构阵列图形，这样的形状结构在图形转移和器件制造过程当中都能够有非常GX的得到利用。

与其他的一般技术相比较，在大视场内，干涉光刻能够非常有效的使每个地方都达到深亚微米、甚至纳米级的较高分辨率，而且还具有无限的焦深，这些优点都与制作场发射显示器的要求相符合。

干涉光刻技术（或全息光刻技术）的基本原理与干涉测量法或全息法的原理相似。

两个及以上的相干光波构成的一个干涉图样被建立起来并在一个记录层被记录（光刻胶）。这个干涉图样由周期性序列的条纹组成，这些条纹分别代表Z大强度及Z小强度。在曝光后的光刻处理过程中，与此强度周期性变化图样相对应的光刻胶图样就此出现。

对于两束光波干涉，条纹间距或周期由(λ/2)/sin(θ/2)给出，其中λ为波长、θ为两束相干光波之间的夹角。从而，能够达到的Z小周期为波长的一半。通过利用三束干涉光波，具有六边形对称结构的阵列能够被制成；而利用四束光波，具有矩形对称结构的阵列能够被制成。从而，通过叠加不同光束组合，不同的结构便得以制备出来。

要使干涉光刻法能够顺利进行，相干性的要求必须满足。

首先，必须使用空间相干光源。这实际上是一个结合了准直透镜的点光源。激光或同步加速器光束也经常被使用以保证在分束前得到统一的波振面。

其次，应优先考虑单色的或时域相干的光源。这可直接通过激光实现，但采用宽带宽的光源时需增加滤光片。如果分束器为衍射光栅则对于单色行的要求可以被忽略，原因为不同的波长将被衍射至不同的角度但Z终还是会聚集到一起。但即使在这种情况下，空间相干性以及正入射仍然为必要条件。

顾名思义，薄膜干涉是由薄膜产生的干涉，它是干涉中的一种类型，属于等厚干涉的一种，一般多数属于分振幅的干涉类型。薄膜干涉拥有平行等间距的图样，并且会随着膜的厚度的增加或减少而平移。在光学中，有薄膜光学这一分支，这里是用矩阵来研究多光束的薄膜干涉。

薄膜再薄也有厚度。由于薄膜前后膜到光源距离不同，如果前后膜差了（2k+1）个波长，就会出现Z明显的干涉。如果是白光，就会出现七彩的条纹。

入射光经薄膜上表面反射后得diyi束光，折射光经薄膜下表面反射，又经上表面折射后得第二束光，这两束光在薄膜的同侧，由同一入射振动分出，是相干光，属分振幅干涉。若光源为扩展光源（面光源），则只能在两相干光束的特定重叠区才能观察到干涉，故属定域干涉。对两表面互相平行的平面薄膜，干涉条纹定域在无穷远，通常借助于会聚透镜在其像方焦面内观察；对楔形薄膜，干涉条纹定域在薄膜附近。

薄膜干涉中两相干光的光程差公式为    Δ=2ndcos(θt) ± λ/2

式中n为薄膜的折射率；d为入射点的薄膜厚度；θt为薄膜内的折射角；±λ/2 是由于两束相干光在性质不同的两个界面（一个是光疏-光密界面，另一是光密-光疏界面）上反射而引起的附加光程差。

简单一些的薄膜干涉有两种，等厚干涉和等倾干涉。此外还有劈尖干涉。

等厚干涉是由平行光入射到厚度变化均匀、折射率均匀的薄膜上、下表面而形成的干涉条纹。薄膜光程差相同的地方形成同条干涉条纹，故称等厚干涉。牛顿环和楔形平板干涉都属等厚干涉。

当不同倾角的光入射到折射率均匀，上、下表面平行的薄膜上时，同一倾角的光经上、下表面反射(或折射)后相遇形成同一条干涉条纹，不同的干涉明纹或片间的空气层就形成空气薄膜。用水银灯或纳灯作为光源，就可以观察到薄膜干涉现象。这种情况暗纹对应不同的倾角，这种干涉称做等倾干涉。等倾干涉

对光的干涉相信大家都知道，如果说单色光的干涉大家很容易理解，而白光是混合色光，为什么白光也能够干涉呢，白光的干涉原理是什么呢，且往下看。

光的干涉条件，准确的说，应该是两列相干光可以发生干涉，任何一个光束都不可能是的单色光，也可说不可能只有单一频率。所以，任何一个光源只要满足时间相干性，都可以发生干涉，比如一束光的波长是600nm-601nm，另外一束光是600.5nm-601.5nm，他们的频率成分当中（频率就是光速除以波长）有相同的部分，如果满足时间相干性，也就是相干频率大于他们直接的频率差就可以干涉！另外就是满足空间相干性，任何一个光源，可以是光源上不同两个地方发出的光线，只要这两个发光的部分的长度小于空间相干长度，就也可以发生干涉！

关于相位差恒定，也是不必要条件，只要大致稳定就行，举例说明：比如，双缝干涉，当屏幕不动的时候，光程差是恒定的，也可以说是相位差是恒定的，当光屏向后或者向前移动的时候，相位差肯定会变，条纹间距也会变，变宽或者变窄，但是干涉图样始终存在，说明相位差变化了，只能使得干涉图样发生波动，但是不稳定的相位差一样可以发生干涉！

震动方向一致也是非必要条件，只要震动方向不垂直，两个互成角度的震动，可以向力的分解那样，把震动分为一致方向和垂直方向，一致方向的分量依然可以和另外一个震动发生干涉，只不过干涉图样的明暗对比度会下降，而只要当完全垂直的时候，对比度才下降为零，才可以认为是不干涉了。

综上所述：频率相同，位相差恒定，振动方向一致的相干光源是发生“稳定”干涉的条件，而非发生干涉的条件！

发生干涉的条件应该是：

1、相位差变化频率远小于光频率

2、频率近似相同，并满足时间相干性

3、震动方向不能垂直，并且偏离角度使得干涉图样对比度满足瑞利判据！

所以说，白光，只要是自己频率成分当中相接近的部分，比如白光中的红色频率成分和自己的红色频率成分就可以干

激光干涉仪是以干涉测量法为原理，利用激光作为长度基准，对数控设备（加工ZX、三坐标测量机等）的位置精度（定位精度、重复定位精度等）、几何精度（俯仰扭摆角度、直线度、垂直度等）进行精密测量的精密测量仪器。

激光具有高度方向性、高强度、空间同调性、窄带宽和高度单色性等优点。目前常用来测量长度的干涉仪，主要是以迈克尔逊干涉仪为主，并以稳频氦氖激光为光源，构成一个具有干涉作用的测量系统。激光干涉仪可配合各种折射镜、反射镜等来作线性位置、速度、角度、真平度、真直度、平行度和垂直度等测量工作，并可作为精密工具机或测量仪器的校正工作。

激光具有三个重要的特性：①波长短②波长稳定③具有干涉性。

一个角锥反射镜紧紧固定在分光镜上，形成固定长度参考光束。另一个角锥反射镜相对于分光镜移动，形成变化长度测量光束。

从激光头射出的激光光束①具有单一频率，标称波长为633nm，长期波长稳定性（真空中）优于0.05ppm。当此光束到达偏振分光镜时，被分成两束光——反射光束②和透射光束③。这两束光被传送到各自的角锥反射镜中，然后反射回分光镜中，在嵌于激光头中的探测器中形成干涉光束④。

如果两光程差不变化，探测器将在相长干涉和相消干涉的两端之间的某个位置观察到一个稳定的信号。

如果两光程差发生变化，每次光路变化时探测器都能观察到相长干涉和相消干涉两端之间的信号变化。这些变化（条纹）被数出来，用于计算两光程差的变化。测量的长度等于条纹数乘以激光波长的一半。

激光干涉仪有单频的和双频的两种。

从激光器发出的光束，经扩束准直后由分光镜分为两路，并分别从固定反射镜和可动反射镜反射回来会合在分光镜上而产生干涉条纹。当可动反射镜移动时，干涉条纹的光强变化由接受器中的光电转换元件和电子线路等转换为电脉冲信号，经整形、放大后输入可逆计数器计算出总脉冲数，再由电子计算机按计算式[3