时间相移显微干涉术用于微机电系统的尺寸表征

提出了将时间相移显微干涉测量方法用于微结构和器件的几何特性检测上．该方法速度快、无损、非接触、易在晶片级进行,具有亚微米级的水平分辨力,垂直分辨力在纳米量级．测量系统采用Mirau显微干涉物镜,利用高性能压电陶瓷物镜纳米定位器实现垂直方向的相移,并通过健壮的5帧Hariharan算法获取表面的相位信息．通过测量美国国家标准研究院（NIST）认证的标准台阶对系统进行了精度标定,并通过测量微谐振器和压力传感器微薄膜的几何尺寸说明了该方法作为测量和过程表征工具的功能．     

基于白光相移干涉术的微结构几何尺寸表征

将Carré等步长相移法与白光垂直扫描相结合形成了一种白光等步长相移算法,该方法快速、准确、非接触,垂直分辨力可达亚纳米级.测量系统集成了Mirau显微干涉物镜,并通过高精度压电陶瓷纳米定位器带动物镜进行垂直扫描.分析了Carré法应用于白光干涉信号的相位提取的精度,对不同扫描步距以及不同信噪比情况下的测量进行了计算机仿真,确定了测量参数.结合重心法将相位计算的数据范围直接定位于干涉信号的零级条纹,从而省去了相位解包裹过程.通过对微谐振器和标准台阶的测量说明了该方法的有效性,并使用白光相移干涉、白光垂直扫描和单色光相移干涉对44 nm标准台阶进行了测量,并对测量结果进行了比较.     

用于显微镜反射光测量的新型照明装置

众所周知,在万能工具显微镜等光学计量仪器中,物镜的工作距离较大,被测物体很难保证处于物镜光轴中心。特别是形状相同,距离又较近的小目标,测量时很容易相互混淆。为此,我们设计了一种新型照明装置,该装置已被用在微循环显微电视仪中。现将有关情况介绍如下。     

单次相移数字全息中相移值的提取

为了消除相移误差对数字全息中再现像的像质的影响,本文时单次相移数字全息进行了研究.基于相位统计特性,提出了一种有效消除相移误差的新方法,该方法能够对任意未知相移量进行提取,并利用数字全息图所有抽样点的强度偏差之和作为评价标准,通过逐步改变计算得到的初始相移值来寻找正确的实际相移角.计算机模拟得到了很好的再现结果,证明了该方法的可行性和有效性.     

四步相移数字全息干涉术相移提取和物光重建

提出广义相移干涉术中结合广义四步公式改进最小二乘法抽取任意相移进而重建复波的方法.利用广义相移数字全息算法的物波重建公式替代传统最小二乘法来提取参考光相位和重建物体波前,大幅减小迭代循环的计算量.使用该方法,每一次迭代计算参考相位只需要一个最小二乘法,同时利用物波前重建公式计算物光相位.这种方法的可行性和有效性已被计算...     

基于Linnik型白光显微干涉光谱测量方法

针对在复杂测量环境下实现薄膜类样品的高精度测量需求,基于白光干涉光谱测量理论,搭建了Linnik型白光显微干涉光谱测量系统,该系统具有较长的工作距离.系统采用5步相移算法实现相位信息的精确提取,通过对绝对距离以及标准薄膜样品的测试,验证了方法的可行性,并在此基础上利用系统实现了对微结构表面形貌和不同材料薄膜厚度的纳米级精度测量.     

保偏光纤拍长与折射率测量技术研究

拍长和折射率是表征保偏光纤产品性能的重要指标,随着保偏光纤在光纤通信和光纤传感等领域的广泛应用,对拍长和折射率参数的准确测量十分重要。基于白光干涉技术研制了保偏光纤拍长测量装置,通过测量保偏光纤上两个应力点之间的几何长度和对应耦合点之间的光学长度,实现了拍长的高精度测量,重复性优于4μm。基于数字全息显微层析成像技术,研制了保偏光纤折射率测量装置,通过记录不同旋转角度下的数字全息图,经滤波反投影处理后重建保偏光纤的二维横截面的折射率分布,实现了折射率的高精度测量,重复性优于10^-4。     

数字全息在粗糙度检测中的应用

提出一种用数字全息测量物件表面粗糙度的新方法,基于离轴无透镜数字全息理论推导获得了表面粗糙度Ra值和用数字全息法获得的相位解包裹后相位分布之间的关系式,发现用此方法不需要用数字全息获得的真实的相位分布,而用相位解包裹后的相对相位分布即可.实验结果表明用此方法测量物件表面粗糙度是可行的并且变动度较小.     

数字全息信息记录最大化及简化相移技术

本丈从信息论的角度研究了数字全息信息量与记录光路的关系,证明了同轴傅里叶变换全息是实现全息信息量最大记录的光路.同时提出了一种新的简化相移数字全息显微技术,本技术采用四分之一波片作为相移器,结合计算机模拟原参考光,只需进行一次相移,拍摄两次全息图和一次物光强度分布图就可以有效的消除数字全息再现像中的零级像和共轭像.将新的相移技术与同轴无透镜傅里叶变换全息相结合,简化了相移步骤,实现了数字全息再现实像最高像素输出,从而提高了数字全息再现像分辨力.     

基于相位测量轮廓术的复合光栅优化设计

基于复合光栅的相位测量轮廓术在物体三维信息重建中是一种非接触、实时的测量方法.通过对这种光栅的形成机理分析,发现当复合光栅中的空间调制光栅的频率一定时,其中相移光栅周期与三维重构精度有关,并且存在一个重构均方差最小值的相移光栅周期,其大小与被测物体的形貌有关.因此,可通过优化复合光栅结构的方法来提高测量精度.利用数字投影仪将连续改变相移光栅周期得到的复合光栅投影到物体,获取变形光栅图像来重建物体的三维信息,从周期数与均方差关系曲线中找到对应的复合光栅的最优化参数,以实现复合光栅最优化设计.通过数字模拟和实验都证实采用优化设计的复合光栅来提高物体的测量精度是有效的.     

小波变换在数字全息中的应用

数字全息是通过数字重构来同时获取被测物强度与相位,但记录时的激光散斑效应和重构时的零级衍射斑成为了这种方法的瓶颈。将小波变换引入数字全息,可直接消除零级衍射像,无需相移,也不需要采集多幅图像;小波非线性滤波器还可消除散斑噪声。模拟和实验结果表明,小波分析的引入,可以消除零级衍射影响,改善图像质量,提高测试分辨率。     

结构光照明下的非相干自干涉数字全息成像

提出了一种采用结构光照明的迈克尔逊非相干数字全息成像系统,该系统利用空间光调制器SLM实现水平和竖直方向的余弦光栅照明模式,以提高成像系统的横向分辨率。利用MATLAB软件进行仿真成像和数值重建,得到了该系统下的高分辨率重建像,从理论上证明了这一方法可以有效提高非相干数字全息系统的分辨率。搭建了相应的非相干光自干涉数字全息成像系统,通过对USAF1951分辨率板进行成像,从实验上进一步验证了基于结构光照明的超分辨成像方法对该成像系统的适用性。     

透火焰红外数字全息图像的分辨率增强算法

近年来,高温干扰遮蔽情况下利用红外热成像与数字全息成像相结合的新技术观察火场中目标成为时下的研究重点。理论上火焰和浓烟对长波长的红外数字全息成像没有影响,但在现实火场环境中,燃烧物的大颗粒灰尘将会干扰光路,严重增加了全息图重建图像的噪声。本文提出了一种新的图像处理算法来抑制红外数字全息重建的噪声。该算法利用双边滤波器配合拉普拉斯金字塔算法将全息重建图像的细节和能量层分开,再对细节层进行滤波,然后用反向拉普拉斯金字塔算法将分离的层叠加回重建图像中,从而提高重建像的分辨率,并通过模拟火场环境验证了该算法对改善红外数字全息图重建像的分辨率具有显著效果。     

利用支持向量回归插值减少全息面测量点数方法的试验研究

近场声全息要获得较高的重建精度必须在全息面上大孔径范围内进行密集的数据采集,需要大量的测量点,测量任务十分繁重。因此在保证重建精度的前提下研究如何有效地减少全息面测量点数对NAH的意义十分重大。提出一种利用支持向量回归对全息面进行插值的方法,该方法可以在全息面传声器数目较少时通过插值提高重建精度,因而可大幅地减少全息面的测量点数。试验表明该方法是有效的。     

采用LD的光源步进条纹投影三维测量系统

在采用LED的光源步进法三维测量系统中,由于LED发散角大,在短距离内就达到较大的条纹投影面积,造成系统工作距离短.另外大功率LED发光面尺寸大导致条纹对比度低,投影高亮度、高对比度的条纹困难.为解决上述问题,提出在光源步进法投影装置中采用激光二极管(LD)作为光源,实现高亮度、高对比度相移条纹投影.采用该投影装置与双...     

近场声全息(NAH)中减少测量点数的研究

近场声全息（NAH）是一种进行噪声源分析的有效工具。但要获得较高的重建精度必须在全息面上大孔径范围内进行密集的数据采集,需要大量的测量点,测量任务十分繁重。因此在保证重建精度的前提下研究如何有效地减少全息面测量点数对NAH的意义十分重大。在总结前人工作的基础上,提出了一种利用支持向量回归对全息面进行插值的方法。该方法可以在全息面传声器数目较少时通过插值提高重建精度,因而可大幅地减少全息面的测量点数。对于两个矩形板声辐射数值计算中减少的测量点数都可高于70%,并得到了其它有意义的结论,达到了保证重建精度的前提下有效地减少全息面测量点数的研究目的。     

十六步相移技术在弹痕条纹图分析中的应用

在三维弹痕测量系统中,为了获取较高的测量精度,为此本文提出一种采用十六步相移技术的条纹图处理算法。首先分析了物体三维形貌相位分布获取原理,然后对采集到的弹痕图像进行自适应维纳滤波,去除一部分系统噪声,再利用小波变换对原始图像进行3层sym4小波分解去噪,本系统在小波软阈值分析法的基础上,加入了3层的小波系数分解,同时结合十六步相移法进行相位主值的计算。实验结果表明,弹痕条纹图的位相值曲线更加平滑,原始图像条纹图位相高度偏差的最大值为1.631μm,在经过十六步相移技术处理后,位相主值最大偏差值仅为0.8674μm,对本系统的精度提高奠定了基础。     

JK—1型半自动接近式光刻机显微物镜的高精度对心

本文介绍了JK—1半自动接近接触式光刻机显微物镜的结构,以及对该显微物镜高精度对心的方法,装置、精度分析和实测结果。实测结果表明,这种对心方法能满足显微物镜的高分辩率,象质好的要求,并已达到理论设计水平。此种高精度对心方法同样能适应大数值孔径,高分辨率,更高精度显微物镜的装配和校正。     

低噪声双波长数字全息及在超精密加工表面检测中的应用

通过两个不同波长的数字全息包裹相位差产生数字拍频,得到一个等效波长相位图以消除相位包裹,然后用该等效波长相位光程与任一记录波长做比较,确定单波长包裹相位中相位跳变的位置和跳变倍率,进而实现了单波长包裹相位展开,使相位噪声不随等效波长相位展开而放大,结果表明该方法可使相位噪声引入的误差减小2Λ/λm倍。用650 nm和632.8 nm两个波长的激光对用快刀伺服加工的微结构光学元件表面进行了数字全息测量,得到了等效波长为0.024 mm的加工纹理相位展开图,并用频谱滤波得到了元件微观形貌的低频和高频三维数据,各频段表面的粗糙度分别为33.2 nm,19.3 nm,23.4 nm,分析了各种微观结构产生的原因,并对快刀加工的切削参数进行了分析。     

一种两步相移任意步距相位轮廓测量技术研究

对传统相移轮廓测量技术进行研究,提出基于Gram-Schmidt正交化法的两步相移任意步距相位轮廓测量技术并应用到三维轮廓测量中。由CCD采集两幅投影光栅图,且两幅图像之间的相移值不需要事先给定,可以随机取任意值;在保证精度的前提下,该技术只需两幅变形光栅图,同时无需对相移器的相移精度作要求。实验表明:与现有的几种相移轮廓术比较,提出的两步相移任意步距相位轮廓测量技术可以快速地恢复待测相位,且获取待测物体的三维数据精度较高,具有较强的适用性。