在液晶取向膜厚度僅50 nm的時(shí)代，傳統(tǒng)接觸式量測(cè)已形同“用卡尺量頭發(fā)”。KOBRA-WX位相差測(cè)定裝置應(yīng)運(yùn)而生——這臺(tái)來自日本王子計(jì)測(cè)的桌面型設(shè)備，以“旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器＋高速偏振調(diào)制”為核心，可在450–650 nm波段內(nèi)把相位延遲讀到λ/10000（≈0.1 nm），并把慢軸方位角解到0.05°，相當(dāng)于在地球表面辨認(rèn)一枚硬幣的朝向。

一、KOBRA-WX位相差測(cè)定裝置技術(shù)原理：讓“相位”變成“光強(qiáng)”

KOBRA-WX采用旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器法（Rotating Compensator Method）：

1.單色LED（λ=590 nm典型）發(fā)出線偏振光；

2.1/4波片以2000 rpm高速旋轉(zhuǎn)，連續(xù)改變快軸角度θ；

3.樣品雙折射導(dǎo)致o光與e光產(chǎn)生相位差δ；

4.檢偏器后的光強(qiáng)I(θ,δ)被CCD即時(shí)記錄，透過傅立葉分析解出δ與方位角φ，公式：

I(θ)=I0[1+sin(2θ+φ)·sinδ]

儀器在2 s內(nèi)采樣360點(diǎn)，擬合誤差<0.05%，最終把“看不見的相位”轉(zhuǎn)成“讀得出的數(shù)字”。

二、系統(tǒng)架構(gòu)：一張“光學(xué)工作臺(tái)”濃縮進(jìn)0.1 m³

-光源模組：4顆窄帶LED（450、550、590、650 nm）集成于可插拔卡匣，切換波長無需重新校準(zhǔn)；

-補(bǔ)償器：石英1/4波片，延遲精度±0.1 nm，年老化率<0.2 nm，五年免更換；

-樣品臺(tái)：電動(dòng)X-Y-θ三軸，行程100×100 mm，最小步進(jìn)50 nm，可載6吋晶圓或350×350 mm母板；

-探測(cè)器：2/3吋CMOS，2048×2048像素，動(dòng)態(tài)范圍72 dB，單幀即可給出“延遲圖＋方位圖”雙影像；

-軟件：KOBRA-DSP/X內(nèi)建數(shù)據(jù)庫，可一鍵輸出CVS、Excel、JPG，并與MES對(duì)接，實(shí)現(xiàn)“邊量邊判”。

三、KOBRA-WX位相差測(cè)定裝置性能指標(biāo)：把“極限”做成“日常”

項(xiàng)目KOBRA-WX典型值

相位延遲范圍0–10 000 nm（相當(dāng)于0–20λ590 nm）

重復(fù)精度±0.1 nm（3σ，10次量測(cè)）

空間解析33µm（單像素對(duì)應(yīng)5.8µm×5.8µm）

角度再現(xiàn)±0.05°（慢軸方位）

量測(cè)速度2 s/點(diǎn)，30 s/全場（100萬像素）

波長擴(kuò)展可加購IR模組至1100 nm，用于InP、GaN應(yīng)力表征。

四、應(yīng)用場景：一機(jī)走遍光電上下游

1.液晶面板

-PI取向膜摩擦后，延遲須控制在0.3±0.05 nm，否則對(duì)比度下降5%；KOBRA-WX可給出1 m×1 m母板的“延遲等高線”，直接指導(dǎo)摩擦布更換時(shí)機(jī)。

2.偏光片／波片

-寬波長波片要求550 nm延遲137.5 nm、650 nm延遲140 nm，色散差<2%；儀器切換4波長自動(dòng)掃描，30 s輸出“延遲–波長”曲線，取代傳統(tǒng)分光橢偏儀2 h工作量。

3.OLED柔性膜

-20µm CPI（無色聚酰亞胺）彎折10 k次后，延遲從8 nm升至15 nm，對(duì)應(yīng)內(nèi)應(yīng)力增大30%；KOBRA-WX與彎折機(jī)聯(lián)線，可建立“彎折–應(yīng)力”數(shù)據(jù)庫，指導(dǎo)材料配方。

4.生醫(yī)組織

-膠原纖維雙折射Δn≈1.5×10?³，厚度10µm時(shí)延遲15 nm；設(shè)備配備37℃恒溫腔，可觀察細(xì)胞牽拉過程中“應(yīng)力纖維”取向變化，為癌癥早期診斷提供光學(xué)標(biāo)記。

五、操作要點(diǎn)：把“藝術(shù)”變成“SOP”

1.校準(zhǔn)：每日使用NIST可追溯的127 nm石英標(biāo)準(zhǔn)片，一鍵完成“零點(diǎn)–增益–波長”三點(diǎn)校驗(yàn)，偏差>0.5 nm即提示重新標(biāo)定；

2.聚焦：自動(dòng)對(duì)焦激光先鎖定樣品表面，Z軸重復(fù)精度±1µm，避免“離焦”導(dǎo)致延遲虛高；

3.潔凈：量測(cè)區(qū)HEPA循環(huán)，Class 1000，防止灰塵散射造成偽影；

4.軟件：開放Python API，用戶可自編“延遲–應(yīng)力”換算公式，即時(shí)把光學(xué)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)成力學(xué)結(jié)果。

六、常見故障與排除

-延遲值跳動(dòng)>±0.3 nm：多為補(bǔ)償器軸承進(jìn)塵，可拆下用無水乙醇超聲5 min，復(fù)裝后即；

-影像出現(xiàn)條紋：LED驅(qū)動(dòng)頻率與CMOS曝光頻率耦合，把曝光時(shí)間從1 ms改為1.2 ms即可消除；

-長波長模組訊號(hào)弱：LED老化，電流從500 mA升至700 mA，光強(qiáng)可恢復(fù)至出廠90%，壽命仍>5000 h。