移相器类进动现象对干涉测量的影响

压电晶体(PZT)光学移相器作为移相干涉仪(PSI)的关键部件，其移相误差直接影响被测波面的相位复原精度。分析了压电晶体移相器在移相过程中导致干涉图旋转的原因——类进动，其本质是移相器在伸长的同时其参考镜端面法线方向绕着伸长方向产生旋转。利用典型的Hariharan五步移相算法。得出了类进动现象所导致的波面相位复原误差计算公式，给出了在测试孔径上的误差分布图。对影响误差大小的主要因素如干涉条纹的宽度、旋转的角度和测试口径等进行了具体分析，由此推导出在移相干涉仪光学调整过程中控制干涉图旋转误差的准则。     

测量薄膜厚度的数字叠栅技术

现代干涉测试的核心是用合理的算法处理干涉图而获得所需的面形及参数。由于常见的相移法要通过移相器有规律地移动采集多幅干涉图并数字化后求取波面的相位分布,这样必然引入由于移相器的线性及非线性误差所带来的计算误差,因此需要事先对移相器进行标定。采用了数字叠栅方法,利用一幅静态干涉图与一个正弦光栅的四幅光强分布图叠加,从而实现相移式动态干涉测试的效果,借助于相移法处理干涉图原理,可获得波面相位分布,从而实现对薄膜厚度的测量。由于正弦光栅的初始相位是由计算机产生的,所给出的相位移动不含任何移相误差,因此可提高测量的精度。     

同步移相干涉的测量性能

详细分析了一种基于二维正交光栅衍射的同步移相干涉测量系统的组成结构,包括干涉系统、空间分光部件、偏振移相部件以及图像采集与处理系统。选择了二维正交透射光栅的四个衍射级次的光束作为测试光,理论和实验都证明这种方案具有良好的分光效果;用偏振方向依次改变45°的四片偏振片构成偏振阵列作为移相器件,并根据空间一致性要求,分割得到依次具有90°移相的四幅独立干涉图,获得了较高的移相精度;在幅频积低于100 Hzλ的振动环境中,系统测量重复性的峰谷值优于0.02λ,可以用于一般的在线检测和动态测量。     

同步移相抗振光干涉测量技术研究进展

从移相单元分光以及相移形成角度对同步移相干涉光抗振技术的研究进展做了综述,分析了影响该技术的关键问题,对光干涉测试领域相关研究具有一定指导的推进作用。     

移相干涉术及其相位解包新思路

本文介绍了移相干涉术的工作原理,提出了一种基于边缘检测的相位解包新思路。包裹相位在干涉条纹交界处存在跃变,该思路利用边缘检测将包裹相位的边界提取出来,确认条纹级次,进而解包相位。该方法运算速度快,适合条纹较少的包裹相位图的快速解包。     

接近式光刻对准中的叠栅干涉测角方法

干涉测量是众多科学与工程领域广泛采用的精密计量手段。探索了一种方便可控的基于双光栅衍射的叠栅干涉相敏测角方法,可直接用于接近式光刻过程中掩模衬底的倾斜矫正及面内角调节,便于微纳米器件及微光电子系统集成等相关应用。本方法旨在分别利用双光栅多次衍射产生的对称与相似级次,实现(m,-m)级叠栅干涉与(m,0)级叠栅干涉,产生相位与二者相对倾斜角、面内角有关的场分布。分析推导了叠栅干涉测角的基本原理,然后介绍相应的(m,-m)级与(m,0)级干涉测角方案设计。具体而言,二者均类似地根据条纹偏转及频率变化分别以离轴与同轴的方式监测倾斜及面内偏转角度。设计相应的组合光栅标记进行实验验证。实验结果及分析表明,倾斜角与面内角的调节精度分别可达10-3 rad及10-4 rad。     

会聚光横向剪切移相干涉

为了检测长光程情况或多组分光学镜头逐片装校中的波面,提出一种以会聚光波直接作为干涉测试光源的会聚光移相剪切干涉方法,阐述了基于迈克耳孙干涉仪原理的会聚光横向剪切干涉光路,建立了会聚光横向剪切波面的数学表达式,并与一般横向剪切干涉相比较,分析了剪切量和波面偏移量的特征,且引入移相干涉技术求取剪切波面.结果表明,会聚光横向剪切移相干涉测试,能够实时测试会聚光的波面质量,峰谷值(PV)的重复性为0.022λ,均方根(RMS)值的重复性为0.014λ,并与Zygo干涉仪的测量结果进行了对比,验证会聚光剪切移相干涉的可行性.     

基于自适应滤波器的相位连续化算法及其在移相干涉术中的应用

提出一种非线性自适应数字滤波器对通过移相干涉术得到的原理相位图进行去噪音处理。这种数字滤波器的窗口尺寸可以根据其在相位图中的不同位置而变化。在有噪音 (尤其是靠近 2π相位跳变处的噪音 )存在的情况下 ,相位连续化过程仍可以有效地进行以重建被测物体表面形貌的真实相位图。详细介绍了这一技术的原理及实验结果     

白光显微干涉三维形貌测量中的移相误差校正方法

白光显微干涉术通过驱动干涉显微物镜垂直扫描移相,采集低相干干涉图序列,定位干涉包络中的零光程差位置,获取待测表面的三维形貌。微观形貌的计算由获取粗略形貌的垂直扫描（VSI）算法和获取精细形貌的移相（PSI）算法两部分组成。通常情况下,设置垂直扫描移相的步长为八分之一中心波长,但移相器误差和干涉显微物镜数值孔径效应等都会使得移相量偏离π/2。文中采用基于对比度变化重心提取的VSI算法,4M幅法和7幅法两种PSI算法,分别讨论了两种类型移相误差对形貌计算的影响。理论和数值分析结果表明,在宽带光作用下,7幅法仍对移相误差不敏感,4M幅法产生的精细相位误差形式恰好与干涉物镜数值孔径效应对条纹展宽的影响相一致,在从精细相位转换为精细形貌时相互抵消。因而,采用基于对比度变化重心提取的VSI算法和4M幅PSI算法计算形貌数据,干涉物镜数值孔径效应造成的移相误差无影响,移相器误差造成的形貌复原误差可以通过预先测量已知高度的标准台阶进行标定去除。应用上述移相误差校正方法测量了高度为460 nm的台阶,形貌测试结果正确且鲁棒。     

移相式微分干涉相衬显微测量系统的研制

在微分干涉相衬显微镜的基础上，加入波片相移装置及图像采集处理，建立了移相式微分干淑相衬显微测量系统；分析并解决了表面微观形貌测量中存在的一些技术难题；准确地重构出了物体的微观三维形貌，实现了物体的表面高度及粗糙度Ra的高精度测量。结果表明：粗糙度重复测量精度为1.2nm；形貌高度分辨率为4.6nm。     

任意正弦调制的正弦移相干涉波面测量方法

针对正弦移相干涉（SinPSI）中位相调制无法精确控制的问题,提出了一种从时域频谱提取波面信息的任意正弦调制SinPSI方法（ASM-SinPSI）。首先,根据SinPSI信号频谱的第一、三个谱峰强度关系确定调制幅度,并采用空间随机点的方法避免了分母零值的问题,然后从SinPSI信号的前三个谱峰中获得波面位相的正切数值与符号信息,最后以反正切计算波面位相。数值仿真表明:在未知调制信息情况下,ASM-SinPSI的波面位相提取误差为0.016 rad。在调制幅度为1.6、2、2.5、3 rad时的测量实验中,ASM-SinPSI均可精确提取波面位相,与真实波面偏差的最大值为0.058 7 rad。在1.5~3.5 rad区间内的任意调制幅度下,ASM-SinPSI无需精确预知调制信息即可高精度提取波面位相,放宽了对移相器的严苛要求。     

干涉条纹数字分析系统

加拿大微至（WZ）光电子有限公司研制开发的“干涉条纹数字分析系统”能够高精度数字分析干涉条纹，测量精度达到λ／20-λ／50，系统由图像采集卡、个人计算机、软件和软件加密狗组成，实时采集或输入干涉条纹，自动分析处理干涉条纹，输出检测报告。     

利用空域滤波虚光栅叠栅法提取干涉图波面

虚光栅叠栅条纹法是一种利用单幅干涉图提取波面信息的方法,为了解决叠栅条纹的滤波问题,提出了一种基于高斯函数的空域滤波法。利用高斯函数在空域中对叠栅条纹图进行模糊处理,滤除不需要的高频分量,仅保留包含波面相位信息的低频分量。重点研究了高斯函数滤波窗口的选择和干涉图的载频之间的对应关系。该方法具有计算量小、易于选取滤波窗口的优点。对一光学平面的面形测量结果表明,利用空域滤波虚光栅叠栅法提取的波面[峰谷(PV)值为0.080λ,均方根(RMS)值为0.020λ,λ=632.8nm]与利用Zygo GPI干涉仪的四步移相法得到的波面(PV值为0.079λ,RMS值为0.017λ)相吻合。     

叠栅图在碳化物沉淀相研究中的一些应用

借助于叠栅图观察了合金钢中细小沉淀相的形貌和分布特征，确定了沉淀相的点阵常数及其同母相（或另一沉淀相）的错配度，并确认了沉淀相或母相中存在的位错及其滑移面。     

电调谐波长移相干涉术

为了实现一体化结构干涉仪的现场数字化检测,提出了一种电调谐波长移相干涉术,通过控制注入电流,调制半导体激光器（LD）的波长,从而实现时域移相干涉。通过优化传统的随机移相干涉模型,采用最小二乘求解线性回归模型迭代算法求解相位,抑制了电调谐的控制精度有限、LD非线性引起的不等间隔移相,以及环境震动引起的各采样点位相变化不同步的干扰。将该方法应用于现场检测的便携式斐索干涉仪上,利用其与Zygo GPI XP/D型干涉仪测量同一块光学平晶,测量结果的峰谷值偏差为9.91 nm,均方根值偏差为5.22 nm,能满足现场定量检测的精度要求。该方法还可以应用于其他类型的激光干涉仪中。     

双波长激光干涉移相式测量长度技术研究

研究了应用移相干涉术测量新的一等量块的方法。对干涉图像进行多幅图的采样,由移相法计算量块测量面和与其研合的辅助平晶表面的波面面形,尤其研究了在量块干涉图中有阶跃不连续的波面复原运算的原理与技术,得到表征其表面的离散波差值,并给出量块工作面长度和长度变动量的测量结果。     

基于数字移相的时间间隔测量网络时间统一优化

网络时间统一是采用网络时间授时方法实现对互联网时间同步和统一,保障授时系统的稳定运行。传统的网络时间统一方法采用的是网络时间协议和时间间隔均匀采用的时间统一方法,由于网络编码过程中产生同态误差,导致对时间统一性的跟踪性能不好。文章提出一种基于数字移相的时间间隔测量网络时间统一优化算法,构建了网络时间统一网络协议,采用信息编码方法进行网络时间的信息模型构建,基于数字移相的时间间隔测量方法,实现对网络时间统一算法的优化设计,仿真结果表明,该方法在实现网络时间统一中的优越性能,在提高网络授时统一性和可靠性方面具有重要的应用价值。     

部分补偿数字莫尔移相干涉的回程误差消除

为了实现非球面面形误差的高精度测量,研究了基于部分补偿原理的数字莫尔移相干涉技术中回程误差的消除方法。通过建立实际干涉仪和建模理想干涉仪,并运用数字莫尔移相干涉技术,获得实际干涉仪像面与被测非球面面形误差相关的波前;分析了该测量系统的误差,提出采用逆向优化法消除大面形误差时的回程误差实现被测非球面的面形误差检测。实验结果表明:与轮廓仪结果比对,面形误差较小时二分之一法重构面形误差,峰谷值和均方根值分别优于/20,面形误差较大时运用逆向优化法消除回程误差,重构的非球面面形误差峰谷值和均方根值偏差均优于/5。基于逆向优化法的部分补偿数字莫尔移相干涉非球面检测,有效消除了大面形误差时的回程误差,可实现高精度的面形误差重构检测。     

CCD像元尺寸对傅里叶变换法相位测量精度的影响

针对傅里叶变换分析法中的离散过程理论分析存在的不足,对CCD采样过程中影响相位测量精度的主要因素进行了详细分析和仿真研究.讨论了CCD像元尺寸在采样过程中对傅里叶变换频谱的影响,理论分析了傅里叶变换法中CCD像元的尺寸、随机噪声和量化误差对相位测量精度的影响.计算机仿真和实验结果均表明,用傅里叶变换分析法对具有不同密度的干涉图进行分析时,CCD像元尺寸对采样后输出的光强信号的调制度、信噪比和频谱展宽均有影响,像元尺寸越大,采样后条纹信号的调制度和信噪比越低,其频谱展宽越大,经相位解算后得到的相位测量误差越大.以相位测量误差的RMS值大于0.05λ作为判断基准,信号的信噪比约为20,为扩展傅里叶变换分析法的动态测量范围提供了理论基础.