新型移相量块干涉仪的研制

研制了一台用于0.5~100 mm量块测量的新型移相量块干涉仪,分别以波长为633 nm和543 nm的两台稳频激光器作为测量光源,通过一根单模光纤引入到干涉仪内。高精密移相器实现5步移相干涉测量,CCD相机采集干涉条纹并计算干涉条纹小数,被测量块长度采用多波长的小数重合法计算。移相量块干涉仪的测量不确定度达到U=0.015μm+0.07×10~(-6)L(L为量块长度,mm)。     

大量程纳米级光栅干涉位移测量

针对传统光栅干涉仪中测量范围和分辨率难以同时提高的问题,提出利用单根大长度、低线数光栅实现大量程、高分辨率位移测量的方法.首先利用长度400mm,栅距10μm计量光栅的±5级衍射光生成条纹图,实现了条纹的10倍光学细分.然后提出一种基于傅里叶变换时移特性的条纹细分新方法,利用相邻两帧条纹图同一位置处相位的变化实现了高达1000倍的条纹电子细分.在此过程中,针对能量泄漏对傅里叶变换法相位提取精度的影响,提出条纹图整周期裁剪的方法,使条纹细分精度至少可达到1/1000条纹周期.仿真和实验结果表明,系统具有纳米级的分辨率和优于10nm的测量精度.     

可调合成波长链绝对距离干涉测量

本文提出一种利用半导体激光器的波长调谐特性实现的可调合成波长链绝对距离干涉测量方法 ,针对不同的待测距离 ,可选择不同的合成波长链 ,完成对待测距离的由粗测到精测的整个过程。文中基于这种方法构建了干涉测量系统 ,该系统利用压电陶瓷调制的在一条直线上的两个双光束干涉仪 ,使待测距离被包含于一个交流信号的相位项中 ,从而使小数条纹的测量转化为相位测量 ,合成波干涉条纹的小数级次由单波长干涉信号的相位测量值计算得到。文中以外尺寸测量为例描述了实验装置 ,实验结果表明 ,在现有的测量系统和实验条件下 ,待测距离小于 5mm时的测量极限偏差优于 2 0μm。     

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.     

接触式干涉仪使用中应注意的问题

接触式干涉仪采用同一光源的两束光由于光程差而产生的另级次干涉带（即黑色干涉条纹）作为测量标线。另级次干涉带移动的距离代表了光程改变所移动的距离,该仪器的测量分度值是由干涉带的疏密程度决定的,在一固定的刻线范围内用单色光（可用滤光片产生）可见多条干涉条纹。因此。对干涉带疏密度的精确定量、干涉滤光片的波长准确与否直接影响仪器的示值准确性。     

Bragg光纤光栅法布里-珀罗传感器应变测量的研究

文章提出了一种对静态应变进行高分辨率测量的新方法。该方法是将 Bragg 光纤光栅(FBG)与全光纤法布里-珀罗传感器(FFPI)组合使用,利用 FBG 的反射波长漂移特性来测量干涉条纹的数目,利用 FFPI 和伪外差解调法对小数条纹进行解调,实现高分辨率的测量。通过实验测定,该系统对静态应变测量的分辨率达到了33nε。     

外差干涉仪频率混叠误差分析

研究了激光外差干涉仪中存在的频率混叠现象、误差形成机理和变化规律,重点分析了在共光路外差干涉仪中由激光光源的椭圆偏振化和Ｗｏｌｌａｓｔｏｎ棱镜的安装方位角引起的频率混叠误差的大小及变化规律,对进一步提高共光路外差干涉测量精度具有现实意义。     

用于绝对距离测量的0．6328μm氦－氖激光外差干涉仪

提出了一种用于绝对距离测量的新型外差干涉仪，它采用０．６３２８μｍ双模氦－氖激光器，光外差干涉和电信号混频、比相技术，直接测量合成波小数级次。此法避免了该领域常用的外差干涉仪的不足和拍波干涉仪结构复杂的问题，而且测量精度高、抗干扰能力强、测量时间短，使绝对距离测量技术更具有实用性。     

一种新的外差干涉信号处理方法—相位及相位整数测量法

介绍了一种新的外差干涉信号处理方法－相位及相位整数测量法。用此方法不仅可使干涉测量的分辨率提高到λ／１０００－λ／２０００，而且扩大了测量范围，解决了大范围、动态测量位移的问题。文中还给出了用此方法进行信号处理的外差干涉仪测量压电陶瓷动态位移的实验结果。     

移相干涉仪环境微扰的外差检测及信号处理

对环境微振动干扰进行补偿可减小移相干涉测量的误差,其中振动量的检测是实现振动补偿的前提。以声光调制器作为光学移频器,在移相式平面干涉仪中组合成外差干涉测振系统,可以实现光程差微小变化(范围为0到1/2波长)的实时检测。在外差信号处理中采用单片RF/IF相位测量芯片直接对两路40MHz模拟信号进行比相,简化了通常使用的数字测相方法,其精确测相的典型非线性值小于1度。用该系统实际测量了周期性振动和地面冲击振动对干涉仪的影响,获得了干涉仪所受微振动的幅度和相位。     

多波长测量技术

给出了3种多波长测量技术的应用实例,采用多波长二极管激光器干涉仪测量表面轮廓,3个二极管激光器分别发射780nm、823nm和825nm3种近红外光波,可以得到2个近似15μm和29μm的合成波长,激光二极管的注入电流用1MHz左右的3种不同频率调制,以获得干涉仪的相位调制,这3个干涉信号用1个光电检测器和锁相放大器检测,采用同样的干涉仪,仅用2种波长进行了圆度偏差测量,论述了相移干涉测量技术,其试件的长度表示为光源波长的倍数,如果只使用1种波长,则要求确切知道整数干涉级;而使用多种波长,如532nm、633nm和780nm时,可得到几个独立的长度,此时整数衍射级不同,可以通过“精确小数法”计算得到,PTB精密干涉仪长度测量不确定度很小,其单值性范围约0.6mm,因此其近似的长度估算足以满足超精密长度测量的要求。     

角位移Fabry-Perot干涉测量

提出了一种基于Fabry-Perot板干涉的角位移测量新方法。此方法采用函数近似,只需将初始入射角确定在40°到50°之间,即可由角位移与干涉信号条纹数变化间的函数关系,高精度测量角位移。解决了采用F-P板干涉法测量角位移需精确确定入射光初始角的问题。使用计算机处理采集的干涉信号,对干涉条纹进行细分,实现干涉信号相位测量的高分辨力。理论模拟和实验结果得出本方法可以实现精度为10-5rad数量级的角位移测量。该方法的测量装置采用带尾纤的半导体激光作为光源,由自聚焦透镜准直,出射光束直径为0.5mm,使探测头为小光斑。该装置结构简单,能实现小型化。     

基于单稳频激光的端面距离微尺寸测量方法

搭建了一种用于端面距离微尺寸测量的干涉光路,分别以频率高度稳定的532nm波长激光和波长不确定度水平相对较差的633nm波长激光作为光源进行照射以获取干涉图样。使用电荷耦合器件(CCD)传感器获取干涉图样,采用数字图像处理手段清晰化干涉图样,并利用条纹的像素距离计算干涉条纹级次差的小数部分,用多波长的小数重合法计算端面间距。通过系统的软件部分,利用数字图像处理的手段对干涉图像的质量进行优化,在较为简单的实验条件下实现精度较高的端面距离微尺寸测量。     

接触式干涉仪的数字化改造

为解决接触式干涉仪使用过程中对线不准、人工读数误差大等问题，采用图像采集与处理技术对其进行数字化升级改造。使用工业相机，将实时采集的干涉条纹图像传输至计算机，同时基于灰度投影法，实现自动定度与零级干涉条纹中心的定位，根据零级干涉条纹中心的偏移量，计算被测量块与标准量块的差值，并将相关测量信息自动存储至数据库。实验表明：改造后的接触式干涉仪性能稳定可靠，能准确计量检校三等及以下的量块长度。     

不透明薄膜厚度的光干涉法测量以及台阶的影响

提出使用数字CCD拍摄光干涉条纹,使用图像处理软件进行灰度值扫描分析光干涉条纹的方法,对不透明薄膜进行光干涉法测厚.数字CCD和图像处理软件的结合使用能够最大限度的降低目测带来的误差,并且也避免了使用复杂的干涉条纹提取算法,可以方便、准确地对不透明薄膜进行光干涉法测厚.同时我们使用光干涉法和轮廓仪法对不同高度遮挡物形成的台阶进行了对比测量,分析了不同台阶边缘斜坡对于光干涉法测量结果的影响,指出在制备台阶时遮挡物的高度必须满足一定的条件,并且根据这个条件推导出在我们的磁控溅射设备中,遮挡物高度小于50 μm可以得到满足光干涉法测厚条件的台阶.     

半导体激光端点测长干涉仪实验系统

半导体激光端点干涉测长法是利用半导体激光频率调制特性的一种在长度的两个端点干涉测量长度的新方法。本文介绍基于这种测长方法研制的半导体激光端点测长干涉仪实验的基本原理,构成,定标方法和测量结果。     

用外差偏振干涉法测量保偏光纤双折射率

提出一种基于半导体激光调频外差干涉原理的保偏光纤双折射率的测量方法，即通过测量由保偏光纤构成的偏振干涉仪输出的外差信号的频率，求得保偏光纤的相对双折射率，此方法具有较高的分辨率和潜在的高精度，以及系统结构简单，无运动部件和非破坏测量等优点。     

基于激光干涉仪数字信号解码的振动校准方法

提出了一种基于Polytec外差激光干涉仪输出S/PDIF数字信号解码的加速度计校准方法, 优化了校准过程, 并保障了加速度计的灵敏度幅值与相位校准精度。通过与ISO 16063-11推荐的外差激光干涉法在5Hz~20kHz 频率范围内的校准结果对比, 提出方法的灵敏度幅值相对误差与相位差分别小于0.969%和0.165°;灵敏度幅值相对标准差与相位标准差分别小于0.560%和0.356°。     

长光路动态白光干涉仪主要光学零件若干理论计算

一、概述科学技术的迅速发展,促进精密测量技术的不断提高。自六十年代起,由于激光的出现,给干涉测量开辟了新的途径,从而促使自光干涉仪从原来短光路静态型式进入长光路动态型式。所谓长光路动态干涉仪是指干涉光路长度在三米以上,而且干涉仪参考光路和测量光路中的一路是大距离移动,并应用光电转换器件对干涉条纹进行自动接收。     

一种新型的非接触式掩膜板台阶高度测量仪

提出一种外差干涉与共焦显微技术融合用于微电子掩膜板台阶高度测量的方法，同时实现了高分辨率(亚纳米)与较大量程(5μm以上)测量，构成了双频干涉共焦显微系统DICM。实验比较了3组物镜数值孔径NA、放大倍数β条件下的共焦显微系统轴向响应曲线，证实了纯共焦方法在轴向分辨率提高方面的局限性，但其光强变化足以区分干涉条纹的级次。将该系统应用于微电子掩模板台阶高度标准的测量，实验表明DICM的测量值与国际比对结果相符合，系统具有良好的复现性，极限偏差小于5nm。