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.     

共焦自聚焦光纤传感器回波干扰抑制方法分析

基于共焦原理的自聚焦光纤传感器将共焦光路、自聚焦透镜和光纤集于一体，实现了微型化和轴向高分辨率的统一，可用于内外曲面的微观形貌、坐标尺寸和曲面轮廓等的高精度检测。运用高斯光束传输原理和矩阵光学理论对影响传感器信号强度的端面回波问题进行了理论分析，提出了解决回波问题的技术途径。实验结果说明，通过对不同端面采用不同的抑制方法，回波问题被较好地解决。     

高分辨力单轴法线跟踪测量方法

为实现对大曲率表面轮廓进行高效、准确的非接 触测量,提出一种基于差动共焦原理的单轴法线跟踪式测量 方法,具有高分辨力和高信噪比的优点。分析了影响系统分辨力的因素,研究了在入射光为 高斯光束时倾斜对于差动 共焦探测的影响,通过理论模型及实验验证了光束倾斜时针孔偏移及针孔大小的最佳尺寸。 建立了相应的传感系统,实验表明,所建系统可以很好地跟踪被测表面,其轴向分辨 力优于5nm,组合高精度激光干涉测长系统后可用于大曲率表面轮廓的精密测量。     

用于共焦系统中的微光器件的制作

共焦测量方法以其独特的光学截面分辨能力和高精度的轴向分辨率受到极其广泛的关注．近年来提出的利用微光器件分割光路的思想实现了非扫描共焦成像．本文给出了共焦测量系统的结构,着重讨论了对微光器件的参数要求以及制作过程和理论分析,并结合实验系统给出实际制作的微光器件的具体参数．     

用于共焦系统中的微光器件的制作

共焦测量方法以其独特的光学截面分辨能力和高精度的轴向分辨率受到极其广泛的关注。近年来提出的利用微光器件分割光路的思想实现了非扫描共焦成像。本文给出了共焦测量系统的结构,着重讨论了对微光器件的参数要求以及制作过程和理论分析,并结合实验系统给出实际制作的微光器件的具体参数。     

阵列式共焦显微系统超分辨特性的研究

针对光学阵列共焦显微系统中存在分辨力的下降，提出引入一种新型三区振幅型光瞳滤波器以提高其三维探测能力。首先根据基尔霍夫衍射理论推导出光学阵列共焦显微系统三维相干成像公式，与现有理论相比，能更准确地定量描述共焦阵列成像过程，进而将共焦阵列显微技术和光学超分辨技术有机结合，利用三维超分辨评价函数对光瞳滤波器的参数进行优化设计，通过压缩各探测光路的横向和轴向半极值宽（HWHM），以提高其三维扫描探测能力，从而为实现快速、超精密三维测量提供了一种有效的技术途径。     

连续太赫兹反射式共焦扫描显微成像特性分析

太赫兹反射式共焦扫描显微成像系统分辨率较高且可呈现物体三维像,因此具有很大的应用价值。针对一种连续太赫兹反射式共焦扫描显微成像实验光路,在所确定的系统参数条件下,计算分析了两种太赫兹波长(118.83μm和184.31μm)的系统轴向响应特性。仿真结果表明,所设计的波长118.83μm的成像实验装置横向分辨率可达0.23 mm,轴向分辨率约为4.27 mm;波长184.31μm的系统横向分辨率可达0.36 mm,轴向分辨率约为6.63 mm。探测器轴向偏移影响大于横向偏移影响。     

被测物离焦状态对共焦显微系统横向分辨特性的影响

分析了被测物离焦状态对共焦显微系统(CMS)分辨特性的作用机理,指出了离焦状态是影响CMS横向分辨特性下降的主要影响因素,进而提出采用基于环形光瞳滤波技术的二元光学整形环形技术,来改善其离焦状态下的横向分辨特性。理论分析和实验验证表明：环形光瞳滤波技术的采用,显著抑制了CMS由于被测物离焦状态引起的艾里斑旁瓣的增长,克服了CMS因离焦状态而引起的横向分辨特性下降的缺点。     

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。     

基于差动共焦的倾角测量传感器

为了解决传统激光差动共焦显微镜（LDCM）无法在测距的同时，进行高精度倾斜角度测量的问题，提出了一种基于差动共焦的倾角测量传感器。在对倾斜表面进行测量时，该传感器首先利用轴向扫描获取的差动响应信号精准定位其焦点位置，然后分析显微镜光瞳面场强分布并提取光斑图像的峰值位置，从而实现对倾角的精准测量。首先，建立聚焦光束经倾斜待测面反射后的光场分布模型，对不同倾斜角度下显微镜光瞳面的场强分布情况进行分析。然后，在分析倾斜光斑特征的基础上，提出了采用改进Meanshift算法进行光斑峰值位置提取的方法。最后，通过实验验证了传感器对倾角测量的有效性。实验结果表明，传感器对倾斜程度（0～8°）测量平均误差为0.011°，对倾斜方向（0～360°）的测量平均误差为0.128°，能够满足利用差动共焦非接触光学探针对三维表面进行检测的过程中，对待测表面倾斜角度测量的要求。该传感器为自由曲面的高精度轮廓测量提供了一种新的方法。     

Superresolution character of array confocal system

Theconfocalmicroscopysystem(CMS)withnon contact,highprecisionand3Ddetectingabilityplaysan importantroleinthe3Dmicrostructuremeasurement.Whiletheconventionalconfocalmicroscopycanonly scanthe3Dprofileinthewayofsinglepoint,itsspeedisnotenoughforfastmeasureme…     

变迹术对改善共焦系统分辨率的实验研究

给出了在反射式光纤共焦扫描成像系统中 ,利用变迹术提高系统分辨率的原理 ,并做了相应的对比实验 .在加入变迹掩模后 ,系统对物体的成像响应曲线、物体直边边缘展宽量都有所改善 .实验数据证明 ,改变光瞳函数可以提高系统的横向分辨率 ,同时不降低系统的纵向分辨率 .     

Elastic and plastic contributions to X-ray Line broadening of InGaAsP/InP Heterostructures

The coherency state of MOCVD grown InGaAsP/InP double-heterostructure wafers was examined and their effects on the structural properties were determined in this study. Lattice mismatches were measured using {511} asymmetric and (400) symmetric x-ray reflections. The chemical lattice misfit and the elastic strain were also calculated. Misfit dislocations were examined by both x-ray topography and photoluminescence imaging. The x-ray full width at half maximum (FWHM) varied with the degree of mismatch. The largest FWHM was obtained for samples containing the misfit dislocations. It was found that FWHM is influenced not only by the plastic deformation, but also by the elastic strain. To model the dependence of the FWHM, the radius of curvature was measured, and its contribution to the x-ray line broadening was calculated. Also, the contribution from misfit dislocations was taken into account. This model assumes that the dislocations are planar and interact weakly with each other. Good agreement between measured and calculated values was obtained. Thus, it is concluded that the major contribution to x-ray line broadening ofelastically strained sample is the lattice curvature induced by misfit strain, and that the dominant factor affecting x-ray FWHM ofplastically deformed sample is lattice relaxation induced by misfit dislocation.     

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。     

一种分析光纤共聚焦系统轴向光强的方法

在携带光纤或传像束的共聚焦系统中,光场在光纤或传像束的端面要发生改变,不能用通常的空间线性不变方法分析系统成像过程。根据单模光纤的传输特性,获得光纤的有效点扩散函数,提出利用光纤空间平均函数描述系统空间变成像过程的方法,模拟出光纤共聚焦系统的轴向光强分布,对比由光波动理论所得结果,显示该方法在光纤输出光斑的有效尺寸较小时能用于分析携带光纤或传像束的共聚焦系统且更简便。     

基于荧光微球的显微镜点扩散函数修正模型

为了修正显微镜点扩散函数荧光微球传统测量方法中微球直径对测量结果的影响、提高显微镜点扩散函数的测量精度,采用理论仿真、最小二乘拟合的方法,建立荧光微球等效2维浓度分布,模拟仿真了荧光微球显微成像过程;利用最小二乘拟合以及残差拟合的方法,得到荧光微球直径、荧光微球强度分布半峰全宽与系统实际点扩散函数半峰全宽之间的关系模型,由此模型得到较为准确的系统点扩散函数半峰全宽。结果表明,使用100nm荧光微球对系统点扩散函数进行测量时,相对误差在1%左右。此研究结果说明通过该修正模型可以得到较为准确的系统点扩散函数。     

自聚焦共焦式微小内腔体探测技术

系统用自聚焦透镜代替共焦扫描显微镜中的聚焦透镜 ,将自聚焦透镜体积小的特点与共焦显微技术的轴向高分辨力和绝对位置跟踪特性有机结合 ,具有测头微小型化 ,高的轴向分辨力、较大倾斜表面的瞄准能力、对突跳位置的绝对跟踪能力等特点。选用PZT作为轴向扫描驱动元件 (线性范围± 5 μm ,每个脉冲 2nm进给 ) ,用高精度电容位移传感器作为位置跟踪元件 (线性范围± 5 μm ,分辨力 1nm)。对 2 0°角度块进行测试实验表明 ,在测头直径为 1mm的情况下 ,系统对 2 0°倾斜度以内的斜面轮廓的探测轴向分辨力可达 10nm。