自聚焦透镜装配误差对光信号耦合效率的影响

旋转连接器内信号传输过程中,自聚焦透镜装配误差将引起信号传输系统额外耦合损耗。通过自聚焦透镜和光电探测器耦合系统,研究、测试了自聚焦透镜装配引起的轴向距离、角度偏差和离轴偏差对信号传输系统耦合效率的影响。试验结果表明,为了保证自聚焦透镜与光电探测器之间的耦合效率达90%以上,轴向距离应控制在0～15mm内,离轴偏差应在±0.5mm,角度偏差在-2°～+2°。     

光刻照明系统中复眼透镜的设计及公差分析

在超大规模集成电路中,为了实现NA=1.35,波长193 nm处分辨率达到45 nm的目标,需要对影响光刻照明均匀性的误差源进行详细分析最终确定公差范围。复眼透镜是使光束在系统掩膜面上形成矩形均匀照明区域的关键元件。采用CODE V软件设计了复眼透镜对引起照明不均匀性的因素进行分析,结合复眼透镜组的设计方案和实际加工能力,给出X和Y向复眼曲率公差为±10%,后组曲率公差为±5%,前后组间隔公差为±50 μm,位置精度偏心公差为±1 μm,装配精度公差为±3 μm。制定公差合理、可行,满足了浸没式光刻照明系统高均匀性、高能量利用率的要求。     

具有高空间分辨力的双极性绝对式差动共焦检测方法

提出一种用于超精密三维微细结构测量的横向光学超分辨、轴向纳米级分辨的绝对式高空间分辨力共焦检测方法,该方法利用超分辨光瞳滤波技术最大程度地改善共焦显微系统的横向分辨力,利用探测器轴向偏置的双探测共焦光路布置和双探测信号归一化差动接受最大程度地改善共焦显微系统的轴向分辨力,最终实现共焦检测系统的高空间分辨力双极性绝对测量.文中以整形环形光横向超分辨为例,初步验证了提出的高空间分辨力差动共焦扫描检测方法的有效性.实验表明:当入射激光束波长λ=632.8nm,测量物镜数值孔径取NA=0.85,ε=0.5,μM=6.95时,整形环形光瞳式差动共焦传感器的横向分辨力优于0.2μm,轴向分辨力优于2nm.     

测量非连续曲面的偏振光差动像散传感技术

提出一种基于激光偏振光差动像散原理的非连续曲面绝对跟踪检测方法与技术。该方法依据被测表面反射到位于两柱面镜焦面、焦后等距放置的两探测器上的偏振光的形状,再经两探测器探测信号差动相减和光强归一化处理得到聚焦误差信号,进而达到对非连续三维被测表面的绝对测量和触发瞄准。偏振光差动像散传感器中,由于引入偏振光入射和偏振分光镜分光,使构成的偏振光差动像散检测技术有效抑制光源波动、光学器件间光束的多次反射等对测量结果的影响,显著改善了差动像散离焦检测技术的抗干扰能力和线性。该光学传感器的测量范围为±10μm,分辨力优于0.005μm,可测表面倾角达20°。     

光纤共焦系统中影响轴向分辨特性的因素分析

为了提高光纤共焦显微成像系统的轴向分辨力,分析了光纤光斑尺寸、瞳半径,环形透镜、光纤与透镜的匹配等对该系统轴向分辨率的影响。利用光纤共焦成像系统的三维相干传递函数,对一理想反射镜进行轴向扫描,建立系统的轴向响应函数,分析和研究了各参数对系统轴向分辨力的影响。实验结果表明,为使系统获得较高的轴向分辨率,需控制与光纤光斑尺寸有关的参数A≤3,选用放大倍率较大的物镜,并使透镜的数值孔径小于光纤数值孔径,而在光纤共焦系统中引入环形透镜并不能提高系统的轴向分辨力。     

基于移动物镜中少数透镜的快速轴向扫描系统

近年来,神经细胞中快速荧光信号的随机三维成像成为研究的热点问题,对双光子荧光显微成像系统中轴向扫描速度提出了更高的要求。本文设计一种快速轴向扫描系统,通过电致位移驱动器件,驱动显微物镜中靠近样品端的聚焦透镜组,实现物镜前焦点在轴向的快速扫描。系统中由少数透镜组成的聚焦透镜组与主透镜组之间为近平行光路,适应大范围扫描;聚焦透镜组质量轻、驱动器负载小、扫描速度快。用ZEMAX软件对系统进行仿真分析,结果表明:当扫描深度从0～500 μm变化时系统MTF曲线变化很小。聚焦透镜组重量仅有0.1 g,以压电陶瓷作为位移驱动元件可达到千赫兹量级的扫描频率,能够满足神经功能成像的大范围和快速轴向扫描要求。     

基于时间差法主动调焦式激光测头的研究

在研究动态主动调焦法测量原理的基础上,提出一种新型的动态主动调焦式激光测头的检测方法。该检测方法的核心原理是将位移量的测量转换成了时间差的测量,从而简化了激光测头的结构,提高了激光测头的测量精度和稳定性。介绍了所设计的高精度激光测头测量系统,并对激光测头进行了动态特性的实验。结果表明激光测头的测量分辨力为0 .075μm,测量线性度为0. 45μm,测量范围为±0 .1 mm。     

共焦法布里-珀罗干涉显微测头光学特性分析

根据纳米计量分辨力的要求,设计一套共焦法布里-珀罗(F-P)干涉显微测头。系统光源采用保偏光纤直接导入,从F-P腔外入射。光路设计成便于减小光学共模噪音的差动形式。通过建立模型分析系统光学特性,得出反射平板的最佳反射率以及共焦结构对干涉条纹的影响。实验验证表明反射平板反射率为40%时可以使系统得到对比度高,信噪比好的干涉条纹;针孔光阑可以方便寻找测量透镜的焦点和减小杂散光的噪音;系统轴向分辨力达到0.2nm。     

激光设备及器件

北京世纪桑尼科技有限公司名称:TS8720型光学扫描振镜系统SD-900伺服驱动板技术指标:电源电压:±24V,最大±30V,模拟信号输入阻抗:100K±1%Ω(单端输入),位置信号输出阻抗:1K±1%Ω,模拟位置信号输入范围:±10V/±5V/±3V(可选),位置信号输入比例系数:0.5V/°,位置信号输出比例系数:0.5V/°,工作温度:0℃～40℃,伺服控制板尺寸:96.9mm×71mm×37mm。马达的电气与机械特性:小步长阶跃响应时间:0.7ms,线性度:99.9%,范围±20°,比例漂移:最大40PPM/℃,零漂移:最大10μRad,重复精度:8μRad,平均工作电流:2A,峰值电流:15A,线圈电阻:2.1Ω…     

高精度轴对称非球面反射镜轮廓测量方法（特邀）

为实现轴对称非球面反射镜轮廓的高精度、可溯源测量,建立了非球面测量轨迹的数学模型,提出了一种基于独立计量回路的非接触式坐标扫描测量方法。该方法采用分离式计量框架结构,有效减少了跟踪扫描模块运动对测量精度的影响;测头采用集成阵列式波片的四象限干涉测量系统,保证测头精度的同时更有利于实现复杂面形轮廓的跟踪扫描运动;设计扫描执行机构与多路激光干涉系统共基准的运动模块,实时跟踪扫描运动机构的位置信息,提高测头空间定位精度并使其测量值能溯源到“米”定义。搭建测量装置测试该方法的准确测量精度,试验结果表明,测量误差小于0.2 μm,重复性精度为70 nm,测量精度达到亚微米级。     

自聚焦共焦式微型探测系统的研究

为解决微小内轮廊为代表的微小尺寸的非接触测量问题，本文提出了将自聚焦透镜体积小与共焦显微技术的纵向层析特性有机结合的自聚焦共焦微型显微技术的光聚焦探测系统。介绍了系统的工作原理和结构装置，对系统中的关键技术进行了优化设计，通过对自聚焦透镜、针孔，光源及探测器系统的设计，可以有效地实现高精度微型光聚焦探测，初步实验结果表明，系统的轴向分辨率可达10nm。     

自聚焦共焦光纤传感器轴向分辨率的影响因素

分析和研究了光纤光斑尺寸、透镜的数值孔径、放大倍率、光纤与透镜的匹配及装配等对自聚焦共焦光纤传感轴向分辨率的影响。指出，为使系统获得较高的轴向分辨率，需控制与光纤光班尺寸有关的参数A≤3，选用大放大倍率的自聚焦透镜，并使透镜的数值孔径小于光纤数值孔径，同时要保证透镜与光纤间的精密装配。     

自聚焦共焦探测系统轴向分辨率的影响因素

从微小内尺度测量角度出发，研究了针孔尺寸、探测器位置、透镜的数值孔径、放大倍率和杂散光等对自聚焦共焦式探测系统轴向分辨率的影响。结果表明，为提高系统的轴向分辨率，需将有效针孔尺寸控制在≤2.5；探测器需配以精密微调整装置以实现横向精确定位；选用差动共焦光路及大数值孔径和大放大倍率的自聚焦透镜，同时，偏振光路的使用将有效的提高系统的信噪比。     

大台阶高度测量的外差共焦方法

台阶高度是微电子产品的一个重要性能参数。基于双频激光干涉共焦显微系统(DICM)提出了一种微电子掩膜板台阶高度测量的扫描方法。在共焦显微扫描样品表面，当光强达到最大值时，将采样外差干涉的相位作为精确对准的判据。该扫描方法集中融合了外差干涉测量和共焦显微测量的优点，同时实现了高分辨率与较大量程的测量，该系统测量台阶高度的范围取决于Z向位移扫描仪PI-Foc的扫描范围，可达数十甚至近百微米。实验结果表明该系统在普通恒温的实验条件下1h内的漂移不超过5nm。该系统已经用于20μm高台阶的测量，对准分辨率为0．1nm，实验结果与台阶高度实际值有很好的一致性。     

基于位置敏感探测器的微位移测量关键电路设计

位置敏感探测器PSD(Position Sensitive Detector PSD)具有位置分辨精度高(可达1～2μm)、输出实时性好(响应时间约几微秒)、系统简洁的特点,在位置探测及相关领域内获得了广泛的应用;但PSD的输出信号小,易受到电路噪声的影响,若要充分发挥其性能,则需要高精度、高稳定度、低噪声的测量电路。针对PSD这种较高的使用要求,通过对其等效模型的分析,找到了影响位置分辨精度的主要因素,并提出了一种新形式的测量电路,减少了测量电路级数,降低了电路的噪声以及测量电路内部的漂移,同时具有对位置测量非线性的校正功能。采用上述原理以S1880PSD建立的位置测量系统的位置分辨达到2～3μm。     

自聚焦共焦光纤传感系统的相干传递函数

在弱物体近似下，运用傅立叶光学，从成像系统角度对自聚焦共焦传感技术进行了理论研究。首重分析了该技术测量样品纵深结构时图像的成像机理。由于光纤具有本征场的模式，对光的振幅和相位的响应是相干的，从而可用相干传递函数（CTF）描述系统性能。结果表明，系统相当于一复振幅线平移不变系统，具有低通特性和层析特性。     

压电超声微马达精密驱动的二维微动台

发展了一种采用压电超声微马达精密驱动控制的二维微动台及其控制电路。利用压电超声马达的低速,大扭矩,高分辨率特性,直接驱动微动台的微调旋钮,可获得很高的位移分辩率和大的驱动力。利用一个单片机控制系统,通过对超声马达驱动信号的斩波控制实现了秃动台步进位移的连续调整。     

空间光学遥感器精密次镜调整机构设计及试验

随着空间光学遥感器地面分辨率逐步提高,长焦距、大口径相机成为重点研究方向。为了克服重力变化、复合材料变形等因素带来的天地不一致性的问题,次镜调整成为校正光学遥感器离焦和主次镜相对位置变化的关键技术之一。将次镜柔性支撑、精密直线驱动与柔性铰链传动技术相结合,设计了一套高精度次镜调整机构。首先介绍了该套机构的光机构成、工作原理及传动链路,然后对超轻次镜、高精度直线致动、高精度调焦传动等设计分别进行了阐述,最后介绍了力学环境试验后的调整精度测试情况。试验结果表明,该套精密调整机构实测调整行程大于±120μm,轴向调整步距精度0.18μm (3σ值),调整行程内次镜的最大平移误差为1.30μm,最大倾斜误差为1.93″,具有调整范围宽、调整精度高的特点,满足空间光学遥感器精密次镜调整的要求,已成功在轨应用于北京三号B卫星0.5 m级高分辨率空间相机。     

双频干涉共焦台阶高度测量系统

提出了一种以低频差横向塞曼双频激光器作光源的外差干涉共焦显微测量系统 ,该系统通过共焦显微的光强测量进行粗定位 ,其轴向台阶高度测量范围在 5 μm以上。同时采用相位测量技术 ,实现了对半波长的 36 0 0细分 ,从而使测量分辨率达到 0 1nm。由此同时满足了高测量精度和较大测量范围的要求。实验结果表明系统在没有恒温的普通实验室条件下 1h内的漂移不超过 15nm ,与差动纳米双频干涉仪的比对结果线性系数在 0 9999以上 ,非线性误差约 10nm。     

基于光纤Bragg光栅的生物膜厚度及温度传感器

提出一种基于单端腐蚀结构的光纤Bragg光栅(FBG),用于膜反应器内生物膜厚度和温度的同时测量.给出单端腐蚀FBG对外部介质折射率(SRI)与温度同时测量的理论模型,制作腐蚀区直径约为7.1～7.4μm的单端腐蚀FBG传感器.实验结果表明,传感器在SRI为1.333～1.355内具有较好的线性度,折射率灵敏度为6.8...