近日，我校电子工程与光电技术学院高志山、袁群教授团队在高深宽比微结构三维形貌测量方面取得突破性进展，提出了一种基于傅里叶叠层成像思想的近红外低相干显微干涉测量方法，为研发高深宽比微结构三维形貌的多角透视型科学仪器，提供了全新的技术途径。相关研究成果以“Fourier ptychographic coherence scanning interferometry for 3D morphology of high aspect ratio and composite micro-trenches”为题发表于国际顶尖光学期刊Light: Science & Applications上。论文研究成果已在中电十三所获得典型应用，为MEMS器件的无损测量提供了有效手段。南京理工大学为第一完成单位，高志山教授与袁群教授为共同通讯作者，直博生李尹为第一作者（文章链接：https://www.nature.com/articles/s41377-026-02189-6）。
高深宽比微沟槽是许多微纳器件制造中的关键几何单元，其三维形貌直接影响器件性能，也决定了工艺监控与良率管理是否“看得见、管得住”。在工艺产线上，扫描电子显微镜等方法往往需要截面处理，难以做到无损、可重复、在线的常态化检测。因此，面向此类结构的三维形貌无损测量，一直是精密制造与半导体检测领域的核心需求。光学测量通常具有无损的显著优势，在众多光学测量方案中，相干扫描干涉测量具有较高的轴向分辨率，被视为无损三维形貌测量的重要技术之一。但当待测对象变成又深又窄的微沟槽时，光在结构内部会产生更复杂的散射与衍射，干涉条纹强度与对比度会变弱，信噪比随之下降。由此面临一个长期矛盾：为了让信号更“干净”，往往需要牺牲成像细节；而想要更高的横向分辨率，又容易让结构底部的干涉信号进一步变差。
为打破“信号质量与分辨能力相互牵制”的困境，团队提出傅里叶叠层扫描干涉术：一种以透射式干涉结构为基础、通过角度扫描获取多视角信息，并在频域进行信息融合的新型干涉测量框架。论文指出，传统反射式干涉装置中，光会与样品发生多次交互，容易带来更强的调制与失真。将傅里叶叠层扫描干涉术改为透射式准平行照明，可从源头上减少累积调制。随后，系统在不同入射角下采集干涉信息，将其转为定量相位，再在傅里叶域完成子孔径拼接。这种流程不依赖于传统傅里叶叠层中常见的迭代相位恢复，提高了算法稳定性，也提升了工程可用性。
图为FP-CSI的系统构型与工作原理：通过改变入射角，逐步记录不同频率信息
该研究首先通过透射式干涉框架减少高深宽比结构带来的累积调制，提升干涉条纹可见度，确保底部区域相位提取的可靠性，为后续分辨能力提升奠定基础；借助多角度采样获取更完整的空间频率信息，通过傅里叶域子孔径信息拼接与融合，同时兼顾高深宽比结构底部条纹质量与横向分辨率；与仅记录强度的成像策略不同，该扫描干涉方法可直接给出定量相位信息，且频域融合阶段无需复杂迭代流程，降低了对噪声与初值的敏感性，提升了算法稳健性；此外，研究还展示了该方法对高深宽比微沟槽及多层MEMS器件的三维形貌重建能力，并通过定制相位分辨率靶标验证，其在高深宽比微结构底部仍能保持接近衍射极限的细节辨识能力，可有效适配MEMS器件相关测量需求。
图为多层MEMS器件的三维重建示例
研究团队指出，傅里叶叠层扫描干涉术尤其适用于需要无损三维形貌评估的半导体与精密制造场景，可作为复杂微结构过程监控与质量控制的测量参考。由于该框架采用透射式工作模式，它更适合在样品具备透过条件、且工艺尚未进入金属化等不透明阶段时开展检测。在工程化方面，论文讨论了用更快速的照明角度调制、采集控制优化与计算加速来缩短采集与重建时间，并给出了进一步扩展到更复杂形貌结构的路径。
图为相位靶标与模拟高深宽比微沟槽测量场景，证明该框架在高深宽比微结构底部仍可维持较高的横向细节分辨能力
上述工作得到了国家自然科学基金重大科研仪器研制项目、国家重点研发计划、江苏省高校青蓝工程等项目的支持。
