白光干涉表面改性中的应用离子溅射，激光烧蚀，与摩擦学实验表征

光学轮廓测量法是一种非接触式方法，用于以亚微米级精度测量大型或小型物体的表面高度。以下实验的总体目标是使用白光干涉显微镜作为测量小区域形貌的快速方法，从而能够测量机械磨损过程或材料蚀刻过程（如离子溅射坑或激光烧蚀）过程中的材料损失量。这种测量是通过首先使用白光干涉显微镜获得测试表面的三维轮廓来实现的。

不相干的白光会形成明显的干涉图案。只有当路径长度延迟相同时，才广泛可用。软件测量工具用于确定由强激光照射或高能离子等引起的原始表面变化。

这是通过从原始平坦光滑的曲面中减去更改的曲面来完成的。执行此作时，可能需要使用软件工具从表面消除曲率，以使其成为平面，例如曲面上的磨损疤痕。它展示了如何将该方法应用于两个领域。

首先，分析三逻辑测试样品上的机械磨损分析、磨损、磨损疤痕，其次在材料科学中确定离子束溅射或激光烧蚀的体积和深度。与其他方法（如手写笔、轮廓测量法或基于大小的近似方法）相比，这种技术的主要优点是它快速准确，因为该方法会产生详细的三维图片。它对于测量不规则或规则的陨石坑非常有用，例如激光烧蚀或铁束飞溅造成的陨石坑。

其次，在三元论领域，磨损量可能非常小，基于简单显微镜估计的近似值可能会产生误导。如果要报告正确的结果，就必须获得变形区域的实际形状。例如，在飞溅实验中也是如此，其中去除的深度可能只有 10 纳米。首先确保使用光学轮廓仪和地形软件。

该演示使用显微检查、100 白光干涉显微镜和扫描探针图像处理器软件。以下步骤演示了如何测量球上小磨损疤痕的体积，就像在三论或润滑科学中所做的那样。为了使此表示尽可能通用，未使用任何自动处理。

第一步是将样品放置在测量台上。使用任何方便且稳定的基座将球放在轮廓仪载物台上。将感兴趣的特征朝上，使用低放大倍率物镜并将球直接放置在镜头下方。

调整样品的垂直位置，使干涉条纹出现在屏幕中心附近。对于曲面，调整标本的方向，使边缘居中。用手旋转球或倾斜载物台，使磨损疤痕进入视野，并且如果有的话，也是水平的。

使用中间放大镜头获得图像，其中磨损的感兴趣区域大部分填满屏幕。这样做可以提高分辨率，调整照明和扫描高度，以获得最佳的地形图。采集数据时，根据仪器说明扫描标本。

使用 interpolate 函数填充任何不良或缺失的数据，然后使用 3D 等轴测视图保存地图。此图显示了球的 AB 编织区域。对此表面的分析需要去除图像的曲率，以使球的原始表面看起来是平坦的。

然后可以在 2D 视图上测量凹陷的体积，选择一个不包括磨损疤痕的感兴趣区域。此处，绿色阴影表示排除的区域。确保图像分析程序将表面校正应用于整个区域，但仅使用您标记的感兴趣区域完成拟合。

选择将删除曲率的软件曲线拟合工具。例如，多项式五阶。选择对包含的区域进行作的选项，以便疤痕不会影响曲率去除。

可能需要多次运行拟合，以确保该区域平坦到良好的精度。将 mean level （平均值） 设置为零。较暗的圆形区域是凹陷。

使用测量工具在图像处理软件中测量磨损疤痕的体积。这里可以使用任何形状。蓝色椭圆测量工具用于圈出磨损疤痕。

软件测量工具应具有一项功能，用于计算水平面以上的材料量和水平面以下的材料损失量的总和。在这个特定示例中，插图显示材料体积为 136 立方微米。空隙体积为 2， 733 立方微米，净磨损为 2， 597 立方微米。

测量区域从磨损疤痕上移开，并注意测得的磨损体积（应为零）确实非常小，可以估计任何系统误差。测量平坦表面上磨损疤痕的体积比测量球更直接。要开始分析，请获取沟槽或疤痕的图像。

通常，去除任何样品倾斜是一种很好的做法，干涉条纹会分开。去除倾斜后，扫描样品。应绘制凹槽。

此图像为等轴测视图。表面应为水平。如果不是。

遮罩疤痕区域，并将平面倾斜校正应用于表面的其余部分。此外，将未遮罩表面的平均高度设置为零。在此示例中，初始方向几乎是完美的。

接下来，使用测量工具确定沟槽的体积。这个例子的数值结果是避免体积为 47， 018 立方微米，表面以上材料体积为 68 立方微米，净损失为 46， 950 立方微米。这是磨损疤痕长度中损失的材料量。

在实践中，通常情况是表面只是粗糙化。在此处显示的第二个示例中，空隙和材料体积几乎相等，并且实际上去除的材料很少。离子溅射或激光烧蚀陨石坑的体积分析非常简单，可以开始分析，获得陨石坑靠近中心的图像并获取扫描数据。

一些白光干涉仪可能具有不止一种用于浅层特征的作模式。应使用扫描的相移干涉测量模式。这就是这个非常浅薄的例子中使用的模式。

在这个例子中，可以看到由于先前的处理步骤，火山口周围的区域并不是完全平坦的，并且 Z 轴也被偏移以消除周围不平整区域的影响。可以使用裁剪工具将区域限制为白框显示的区域。应偏移图像，以便周边周围的未受干扰区域位于 z 等于零。

如果需要，可以使用框架或 Z 偏移工具完成此作。可以使用 3D 视图验证陨石坑的正确对齐。现在可以使用标准测量工具测量陨石坑。

同样，蓝色突出显示的区域将测量其材料体积和空体积。陨石坑的净体积为 86， 146 立方微米。对于时间到深度分析，可以使用各种线剖面工具来测量深度、不对称性、壁面倾斜度等。

在这些示例中，光学轮廓测量法已用于测量工程和材料科学的测试样品。该方法可用于其他领域，甚至可以用于生物医学，用于研究软骨表面。当我们发现其他技术不适合我们的任务时，我们第一次有了这种方法的想法。

例如，原子力显微镜的扫描范围太有限了。机械样式。周边图像只是一维的，在许多情况下，扫描电子显微镜基本上只能提供平面图像。

该方法的这种直观演示非常有用，因为它让不熟悉该技术的人了解其工作原理。希望它能引导其他人将白光干涉测量应用于他们自己的研究领域。