1. 槽深偏差对衍射效率的影响
衍射光栅靠周期结构把光分配到指定级次。槽深（台阶高度）一旦偏离设计值，实际衍射效率就会偏离目标曲线，均匀性也跟着变差。在 AR 波导里，这表现为出瞳亮度不均、鬼影变重；在超表面里，则表现为相位调控失准、聚焦或偏转效率下降。
量产中，槽深偏差往往是良率红线。刻蚀过刻或欠刻、压印填充不满、镀后回刻不一致，都会让整批光栅的槽深散开。要把这条红线守住，先得把槽深测准，再谈占空比和侧壁角的协同控制。
一句话：槽深决定衍射效率的主峰位置，槽深散开，效率和均匀性一起掉。
2. 衍射光栅台阶高度与占空比、侧壁角的关联原理
光栅剖面里三个量互相牵动：台阶高度（槽深）是相邻刻槽的高低差；占空比是刻槽线宽与周期的比值，占空比 = 线宽 / 周期；侧壁角是槽壁相对垂直方向的倾斜角。三者共同决定光栅的电磁响应。
它们的影响路径很直接。槽深（台阶高度）直接决定衍射效率；占空比决定各衍射级次之间的能量分配；侧壁角影响散射与深宽比，陡峭侧壁在高深宽比结构里还会带来相位测量的麻烦。设计阶段给定目标槽深和占空比，量产就围绕这两个量做监控，侧壁角在结构变陡时再补测。
下面这张剖面图用于说明三者几何关系。实际量测时，白光干涉能一次重建出多周期的三维形貌，把槽深、线宽、周期一起算出来，占空比由线宽除以周期直接得到。
3. 衍射光栅台阶高度测量方法横向对比
测光栅槽深常见四类方法：台阶仪（接触式探针）、白光干涉轮廓仪（以 Profilm3D 为例）、AFM、OCD（光学临界尺寸）。它们在精度、量程、样品要求和适用边界上各有侧重，没有谁全面占优。
| 方法 | 台阶高度精度 | 量程与适用尺度 | 样品要求 | 速度 | 成本 | 适用边界 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 台阶仪（接触式探针） | 纵向分辨高，单线轮廓 | 大台阶、宽范围 | 表面需平整，软/脆样品有划伤风险 | 偏慢（逐线扫描） | 中 | 硬基底大台阶、不计较面形时可用 |
| 白光干涉 Profilm3D | 已披露实测偏差 ±2.1 nm，亚纳米级台阶分辨 | nm 至百 μm 级三维形貌 | 非接触、需消反光 | 快（面扫描） | 中高 | 多周期面形+槽深+占空比同测；陡峭侧壁补共聚焦 |
| AFM | 纵向分辨极高 | 极小局域 | 需探针、易受针尖影响 | 很慢 | 高 | 极浅台阶/局部粗糙度，不适合量产大面积 |
| OCD（光学临界尺寸） | 依赖模型反演 | 在线、整片 | 需建模型与标定样片 | 快（在线） | 高 | 周期结构槽深/线宽反演，须标定样片验证 |
说明：表中精度、速度为方法层面的一般性描述，具体设备指标以厂家规格书为准【发布前需交叉验证】。
客观地说，白光干涉在面形、槽深、占空比同测上更适配量产抽检；OCD 在在线全检上更快，但依赖模型与标定；台阶仪适合硬基底大台阶；AFM 适合极浅局域研究。四种方法是互补，不是互相替代。
4. 实测数据：光栅深度 120±5nm 与测量偏差 ±2.1nm
优尼康科技在一批衍射光栅样品上，用白光干涉三维轮廓仪完成实测：光栅深度 120±5 nm，测量偏差 ±2.1 nm（已披露实测值）。下面给出可落地的操作链，方便直接复现。
| 环节 | 内容 |
|---|---|
| 场景 | 衍射光栅槽深偏差导致衍射效率下降、均匀性超差，是 AR 波导与超表面量产的良率红线。 |
| 设备 | 白光干涉三维轮廓仪（Profilm3D）+ 50×/100× 物镜 + 分析软件。 |
| 步骤 |
|
| 产出 | 光栅深度 120±5 nm，测量偏差 ±2.1 nm（已披露实测值）。 |
| 注意点 | 周期过小换 100×；陡峭侧壁（高深宽比）用共聚焦模式补充，避免白光干涉相位混叠。 |
下图按 1:1 示意重建出的多周期三维形貌，可见每个周期的槽深与线宽分布。把多周期统计起来，槽深均值与标准差就能直接用于 SPC 控制。
5. 选型判据：给规则不给结论
方法选型没有标准答案，按下面几条边界逐项对照即可，不必追求一次全测。
样品较软且需面形与占空比同测，白光干涉更适配。
硬基底上的大台阶、只取单线轮廓，台阶仪也可行。
产线在线全检、已有标定样片，OCD 可纳入流程。
极浅台阶或局部粗糙度研究，AFM 更合适，但不适合大面积量产。
高深宽比、陡峭侧壁结构，白光干涉补共聚焦，或 OCD 模型反演交叉验证。
把样品材质、产线节拍、良率红线这三项列出来，对着上面的边界勾一遍，合适的方法自然浮现。结论留给您的具体产线去定。
6. 常见问题
本月我们将在 CIOE 2026 深圳光博会（2A163）展出相关量测方案，欢迎莅临交流。
