全息拼接光栅的误差研究

为了制作大面积拼接光栅,对全息光栅拼接误差进行了分析。利用参考光栅与光场光栅形成的莫尔条纹来控制拼接光栅位置和误差,确定了参考光栅莫尔条纹间距、倾斜度及相位与拼接光栅位置之间的关系。研究了参考光栅面和拼接光栅基片不平行时莫尔条纹与拼接光栅条纹的相位一致性,计算了光程差漂移对拼接光栅相位对准误差的影响,分析了工作平台移动对光栅拼接误差的影响。得出光栅拼接总误差为0.15λ,该误差接近光栅拼接精度要求,通过实验验证了全息光栅拼接误差分析的正确性。结果表明,利用参考光栅进行全息光栅拼接是可行的。全息拼接光栅的误差分析为制作米量级高精度拼接光栅提供了理论支持。     

单光栅与双光栅衍射角度检测对比分析

光栅副是增量式光电编码器最主要组成部分,它的结构和衍射效应直接与检测精度相关。文中深入地分析了单光栅与双光栅衍射特点,并且从空间调制模型的角度推导光栅副对莫尔条纹的影响。从宏观和微观两个角度分析光栅副的屏函数,研究莫尔条纹光电信号输出波形的不确定原因和反差对比度,进而证明单光栅测量可以减少输出信号的频率成分,获得较高的细分精度和反差对比度。为了证明单光栅角度检测的可行性,给出了一套完整的单光栅角度检测方法。     

一种新的光栅微位移测量方法的研究

为了实现光栅莫尔条纹的精确计数和微位移的高精度测量,提出了一种新的莫尔条纹精确计数算法.当光栅移动时,通过CCD摄像器件将莫尔条纹转换为动态光电信号,即随时间变换的正弦信号.利用条纹周期性的能量分布曲线,对移动的莫尔条纹进行精确计数和判向,通过使用Matlab软件编辑界面,直观的显示光栅莫尔条纹移动个数及光栅微小位移.通过对莫尔条纹精确计数达到了对微小位移测量.实验结果表明,测量精度可以达到1μm.     

采用Matlab图形系统分析乘法倍频后莫尔条纹信号的波形

莫尔条纹的乘法倍频是一种利用函数本身的性质,来提高原始信号重复频率的细分方法.它不仅可以解决高速运动装置位移的精密测量问题,而且还可以同其它电子学细分方案结合使用,大大提高计量光栅系统的分辨率.由于莫尔条纹原始信号质量的好坏,直接决定了倍频后信号波形的失真情况.于是,针对莫尔条纹原始信号的正弦性、正交性、等幅性及含直流电平这几种典型特征,文中采用了美国Mathworks公司最新推出的Matlab软件对以上莫尔条纹的原始信号进     

基于莫尔条纹的自准直测角方法研究

提出了一种基于莫尔条纹的自准直测角方法.该方法将成像式光栅方法、基于莫尔条纹的扭转测量技术、自准直测角技术相结合,利用标尺光栅像和指示光栅形成的光栅副夹角变化所引起的莫尔条纹宽度变化来反映平台棱镜的角度变化,建立了平台棱镜旋转角度、光栅栅线夹角及莫尔条纹宽度之间的关系式.有别于传统莫尔条纹的计数处理,通过图像处理获得了莫尔条纹宽度信息.实验结果表明,该系统接收到的莫尔条纹对比度清晰,满足莫尔条纹图像处理的要求,在±7′范围内,与0.2″自准直仪的比对误差在0.2″以内.     

自由立体显示器垂直交错狭缝光栅的设计

针对传统的光栅式自由立体显示器设计方法中垂直光栅形成的莫尔条纹明显而斜光栅的对应可视区域较小这一问题.本文提出一种能减轻莫尔条纹的垂直交错光栅设计方法.以一个像素高度的1/2为单位对光栅进行分段,将相邻两段狭缝错开一定距离,减小通过同一狭缝看到两相邻子像素间黑条的比例,提高莫尔条纹中暗部分的亮度,从而减轻莫尔条纹.仿真...     

投影型莫尔法的成像理论研究

研究了基于莫尔条纹的三维轮廓测量技术的光学成像原理。以余弦光栅作为投影光栅和参考光栅,对投影型莫尔法从物理光学的角度进行了理论分析。采用菲涅耳衍射公式和傅里叶变换得出了输出面上的光场的理想计算公式。在计算机上采用描点法模拟出变形光栅的光强分布,该光强分布为余弦函数,与实验图片的结果一致,还得出了最终变形光栅像的光强分布。与从几何光学的角度分析结果相比,物理意义更明确。利用上述结果推导出了莫尔条纹的光强分布函数,同时也推出了高度和相位的关系。该结果为基于莫尔条纹的三维轮廓测量技术提供了理论基础。     

红外光源参数对光电编码器信号的影响

红外发光管是光电编码器的重要组成部分,而光源参数对莫尔条纹信号的正弦性和正交性有直接影响,从而影响光电编码器的细分精度和分辨力。文中研究了其发散角、光源宽度对编码器的信号影响。首先,分析了光源对光栅信号光通量的影响,运用频域方法导出了透光特性函数;然后,分析了两种不同光源对同一码盘形成信号的影响;最后,应用Matlab仿真计算了莫尔条纹信号的对比度、正交性、正弦性。实验结果表明,使用两种不同光源的编码器精度相差达到30%,改进后的编码器高次谐波占比明显减少,信号稳定性好。因此研究光源参数对提取高质量莫尔条纹有重要意义,并为高精度编码器设计提供重要参考依据。     

长周期莫尔光栅的理论研究

长周期光纤光栅作为一种损耗型的带阻滤波器，在光纤通信和光纤传感器领域有着广泛的应用。结合长周期光纤光栅的传输特性，利用传输矩阵法对多种长周期莫尔光栅的透射谱进行了理论模拟。分析结果表明，莫尔光栅技术在制作高性能的相移长周期光栅和变迹长周期光栅上有着很好的应用前景。     

光栅测量技术在分步重复精缩机上的应用

前言利用光栅测量技术进行机械位移测量,在国内外早已获得了广泛的应用。近年来,由于激光干涉超精度伺服刻线机的出现,使光栅刻线精度产生了飞跃,又因莫尔条纹细分技术的迅速发展,使得莫尔条纹测量法和激光干涉测量法达到了互相媲美的程度。从某种意义上讲,莫尔条纹测量     

基于等效叠栅的反射式光刻对准模型研究

针对接近接触式光刻技术的特点,提出了一种实用的反射式光刻对准方案。方案采用差动叠栅条纹对准技术,以叠栅条纹相位作为对准信号的载体。在掩模和硅片上分别设计两组位置相反、周期接近的光栅对准标记。电荷耦合器件(CCD)成像系统接收叠栅条纹图像,采用傅里叶变换提取叠栅条纹相位,得到掩模与硅片的相对位置关系。设计的标记可同时探测横纵方向的对准偏差。给出了合理的光路设计方案,详细分析了整个系统对准的内在机制,建立了可行的数学模型。研究表明,当对准偏差小于1pixel时,最大误差低于0.002pixel。与透射式光路对比,该方案更具有实用性,满足实际对准的要求。     

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。     

基于莫尔效应的光纤光栅变迹的研究

从理论上分析了利用莫尔效应进行变迹所引起的光纤光栅反射谱和色散特性的变化 ,指出由于莫尔条纹状的折射率调制使平均有效折射率在光栅区维持不变 ,所以可以实现纯变迹。与此成为对照的是 ,常用的升余弦函数变迹由于存在F P腔效应 ,因此在短波边的边模抑制效果不够满意。利用拉伸和二次曝光法产生的莫尔效应 ,实现了对光纤光栅的纯变迹 ,边模抑制比比相同工艺条件下的未变迹提高了约 6dB。     

光刻对准中掩模光栅标记成像标定方法

双光栅叠栅条纹对准方法具有精度高、可靠性强等特点,适用于接近接触式光刻。为了实现高精度测量,实际应用中要求掩模光栅标记与硅片光栅标记高度平行。掩模光栅标记在CCD中成像通常存在一定的倾斜角。由此,在已提出的相位斜率倾斜条纹标定方法上,提出了一种改进方法。该方法充分利用掩模光栅45°和135°两个方向的相位信息标定CCD的成像位置,以实现掩模光栅条纹的标定。对比两种方法分析表明,改进后的方法具有倾角测量范围大、抗噪性强、精度高等优点,理论极限精度优于0.001°量级。     

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。     

单光栅数字莫尔位移测量法

提出了一种使用单光栅测量位移的新方法,在该方法中,光栅信号经放大后由图像传感器阵列接收并被传送至计算机,然后通过与其镜像图像叠加的方式得到数字莫尔条纹,最后利用图像传感器像素的空间均匀性对莫尔条纹直接进行细分进而测得位移量。与传统的双光栅莫尔条纹位移测量法相比,该方法完全消除了光栅副层叠间隙,装调更为方便,而且细分成本更低。在阿贝比长仪上对由周期为20 m的光栅和2 0481 536像素的CMOS图像传感器构成的分辨率为0.04 m的测量系统进行测试,结果表明其最大位移误差优于0.18 m。     

基于衍射光栅的超精密定位技术研究

分析了一种百纳米级位移分辨率的双级衍射光栅测量系统, 建立了衍射叠栅(莫阿)信号与对应位移的数学模型, 并通过计算机仿真对叠栅信号的位移特性进行了研究。在此基础上设计了一套基于双级衍射光栅的精密定位装置, 利用两组衍射光栅, 取其透射零次激光叠栅信号的差信号为控制信号, 由微机控制实现高精度位置检测及精密自动定位。系统采用的差动光栅技术, 极大地提高了位置检测信号的灵敏度及定位精度。通过粗定位和精定位相结合的两段式复合定位, 可在高精度定位的同时, 缩短定位时间, 实现高速高精度定位。实验结果表明, 基于衍射光栅的精密定位装置可获得±0.5 μm的定位精度, 对精密加工工程领域具有重要的实用价值。     

Novel Nano-scale Overlay Alignment Method for Room-temperature Imprint Lithography

A novel nano-scale alignment technique based on Moiré signal for room-temperature imprint lithography in the submicron realm is proposed. The Moiré signals generated by a pair of quadruple gratings on two templates respectively are optically projected onto a photodetector array, then the detected Moiré signals are used to estimate the alignment errors in x and y directions. The experiment result indicates that complex differential Moiré signal is sensitive to relative displacement of the pair of marks than each single Moiré signal, and the alignment resolutions obtained in x and y directions are ±20nm(3σ) and ±24nm(3σ). They can meet the requirement of alignment accuracy for submicron imprint lithography.     

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。