单色光干涉面接触润滑膜厚在线测量

提出了滑块-玻璃盘形成的面接触润滑油膜厚度光干涉在线测量方法。以单色激光为光源,根据油膜厚度变化引起平行干涉条纹平移的物理特征,基于光流和动态时间规整技术构造复合算法,测量干涉图像相邻帧空间域上一维光强曲线的位移,从而得到相邻帧之间的油膜厚度差。从零速度开始记录每一帧干涉图像对应的膜厚变化,实时计算出当前帧对应的膜厚,实现了膜厚的在线测量。当前算法的测量结果与离线膜厚测量结果进行了对比,验证了该系统的测量准确性。进行了阶跃载荷、匀加速及匀减速工况下的膜厚测量,揭示了膜厚变化规律。     

基于LabVIEW的迈克尔逊干涉微位移测量方法研究

针对传统干涉条纹人工计数测量方法稳定性差、人为误差大的缺点,提出了一种迈克尔逊干涉条纹图像处理的方法。该方法以CCD相机采集干涉图像,基于LabVIEW平台进行图像处理。根据干涉条纹中心区域暗斑区域面积呈周期性变化的规律,通过对干涉条纹进行图像增强、中值滤波、区域选择、灰度均值计算等分析步骤,对干涉条纹计数,进而测得物体的微小位移量。实验结果表明,该方法实现了迈克尔逊干涉0.02mm微小位移量的精确测量,测量误差最小为0.3%。与传统方法相比,其稳定性、误差、精确度都有较大提升。     

恒光强扫描干涉光刻条纹锁定系统设计

为提高扫描干涉光刻机的加工效率和加工精度、扩大加工范围、降低维护成本,提出了一种可实现干涉条纹周期、方向和相位同步实时调节控制的扫描干涉光刻机系统方案,并着重介绍了最为关键的恒光强干涉条纹相位锁定系统的设计.首先,介绍了扫描干涉光刻中干涉条纹周期、方向和相位同步实时调节控制的扫描干涉光刻机系统原理方案,并设计实现了恒光...     

弹性流体动力脂润滑光干涉试验台的研制

由于弹流润滑的接触区域小、润滑膜厚度薄,且由于润滑脂的非线性黏塑性和强烈的非牛顿性,使得弹流脂润滑的润滑膜厚度测量及实验研究十分困难。基于光干涉测量润滑膜厚度的基本原理,研制出一种弹性流体动力脂润滑的光干涉试验台,并设计其机械传动装置、图像采集装置、供脂及加载装置。在该光干涉试验台上进行白光干涉和单色光干涉试验,Hertz干接触及弹流脂润滑试验。结果表明,该光干涉试验台采集的图像清晰稳定;采用单色光干涉试验比白光干涉试验获得的条纹更加清晰,且测量范围更大。理论计算与实验测量结果一致,表明该试验台可用于弹流脂润滑的实验研究。     

干涉条纹相位锁定系统

干涉曝光系统中干涉条纹的相位漂移会导致曝光对比度降低,为了有效抑制相位漂移,利用声光调制器对干涉光频率进行实时调制。分析了条纹漂移的特点,指出了主要干扰源是0~5 Hz的空气扰动。应用数值分析法得到了条纹漂移量与曝光对比度的关系曲线,并以此为依据提出了条纹锁定精度的目标值。针对所要达到的锁定精度,给出了系统硬件的选型方法,搭建了基于RTX的干涉条纹相位锁定系统。利用闭环辨识的方法得到了系统的参数模型,完成了反馈控制器的设计,最终实现了实时锁定条纹相位的功能。实验结果表明,在400Hz的控制频率下,干涉锁定系统能够有效抑制0~5Hz的低频扰动,干涉条纹相位漂移的3σ值可以控制在±0.04个条纹周期内,满足干涉光刻的曝光对比度要求。     

激光干涉测量中条纹计数的CPLD设计及实现

使用CPLD设计并实现了采用干涉条纹进行测量的光学测量系统中的计数电路部分,取代了传统的多元件分立的电路设计,达到了很好的效果,满足了光学干涉测量准确快速测量的要求。此分析适用于一般条纹计数系统。     

基于闪耀光栅图形化实现高分辨率干涉光刻

为提高图形化干涉光刻质量,提出了基于闪耀光栅的图形化干涉光刻(PIIL)系统,并对该系统所采用的光学原理和实现方法进行了研究。首先,分析了图形化干涉光刻系统的光场特性,阐述了其分辨率提升的原理。讨论了光学系统带宽和图案分布对光刻图形质量的影响,给出了图形质量控制的工艺方法。其次,提出了一种新型的图形化干涉光刻方法,该方法采用闪耀光栅作为衍射分光器件,实现了位相和振幅的一体化调制。采用数值计算方法模拟了闪耀光栅的衍射特性和像面光场分布,讨论了闪耀光栅的优化设计方法,获得了高达92.3%的±1级衍射效率。最后,基于数字微镜器件(DMD)和微缩成像光路设计开发了图形化干涉光刻系统,实验获得了像素化的点阵图形和质量明显改善的光刻图像,验证了该方法对任意图形的适用性。     

一种新型迈克尔逊干涉仪条纹计数器的设计

设计了一种对不同背景光强具有自动适应性的迈克尔逊干涉仪的干涉条纹计数器。利用光敏电阻把干涉条纹的明暗变化转换为电信号的变化,通过对电压波形的分析,提出了一种通过波形电平变化顺序是否符合周期性变化规律的计数方法。实验证明,计数器原理简单,可以适应不同的背景光强,具有精确度高、操作简便可靠等优点。     

一种新型高精度平面度图像测量系统

介绍了一种新型的基于平面等倾干涉原理的高精度平面度测量系统。系统利用等倾干涉原理，通过CCD提取干涉条纹信息，根据干涉条纹在窗口尺坐标上的位置，并联系相邻测量点干涉条纹方向以确定干涉条纹在被检测平面上的变化量N；借以得到既能反映出半波长整数倍，又能反映半波长小数倍的平面度误差。     

通过傅里叶变换测量多表面面形

为了更简便、准确地测量透明平行板,提出了一种基于区域生长算法与傅里叶变换的单幅三表面干涉条纹相位恢复方法。通过傅里叶变化将三表面干涉条纹图由空域变化到频谱域。不同表面的干涉条纹在频谱域中对应的位置不同,通过改变区域生长算法中的参数,提取出合适的区域,最终得到面形。该方法可以由单幅三表面干涉条纹图同时得到透明平行板前后两个表面的面形。分析了由算法求得的表面面形的误差,通过叠加分离的双表面干涉图与原三条纹图进行比较,得到相应的误差分布图,通过误差分布图可以改善算法的精度。将得到的面形与Zygo干涉仪得到的面形进行对比,发现该方法测量精度较高,其相位提取误差PV值小于0.12λ,RMS值小于0.065λ;重复性得到验证,其重复率可靠度优于λ/100。测量到的面形与物体真实面形接近,测量方法更加简便。     

Traceable atomic force microscope based on monochromatic light interference

Atomic force microscope (AFM) is widely applied to the measurement of the micro-nano structures due to its three-dimensional spatial resolution of sub-nanometer. However, the height measurement traceability in the z-axis is complex to be implemented in conventional AFMs. In this paper, a traceable AFM is developed based on the monochromatic light interference (MLI) principle without probe calibration. The height change of the AFM's probe is directly detected by extracting the phase change of the MLI fringes on the probe tip with the Hilbert transform based phase extraction algorithm, and the three-dimensional surface topography is reconstructed with a surface recovery algorithm. The configuration of tracing to the wavelength of the monochromatic light in real-time further improves the measurement accuracy of the MLI-AFM. A prototype MLI-AFM is established to demonstrate its measurement accuracy enhancement.     

白光干涉表面结构测量仪的优化设计与应用

为测量微机电系统的表面结构,研制了一种基于白光干涉法的表面结构测量仪。设计了显微干涉仪,通过实验分析了显微干涉仪关键设计参数中的光源带宽、物镜数值孔径、孔径光阑大小对垂直扫描白光显微干涉测量中干涉条纹光强分布的影响;设计了Z向一维位移工作台,提出了一种以显微干涉图像灰度值归一化标准方差为依据的白光干涉测量条纹自动搜索定位方法。相关实验结果为白光干涉表面结构测量仪的优化设计提供了参考依据。     

Monochromatic image analysis of elastohydrodynamic lubrication film thickness by fringe intensity computation

Point contact film thickness in elastohydrodynamic lubrication (EHL) is analyzed by image processing method for the images from an optical interferometer with monochromatic incident light. Interference between the reflected lights both on half mirrorCr coating of glass disk and on super finished ball makes circular fringes depending on the contact conditions such as sliding velocity, applied load, viscosity-pressure characteristics and viscosity of lubricant under ambient pressure. In this situation the film thickness is regarded as the difference of optical paths between those reflected lights, which make dark and bright fringes with monochromatic incident light. The film thickness is computed by numbering the dark and bright fringe orders and the intensity (gray scale image) in each fringe regime is mapped to the corresponding film thickness. In this work, we developed a measuring technique for EHL film thickness by dividing the image patterns into two typical types under the condition of monochromatic incident light. During the image processing, the captured image is converted into digitally formatted data over the contact area without any loss of the image information of interferogram and it is also interpreted with consistency regardless of the observer’ s experimental experience. It is expected that the developed image processing method will provide a valuable basis to develop the image processing technique for color fringes, which is generally used for the measurement of relatively thin films in higher resolution.     

旋转基板的激光测温

激光测温是一种先进的温度测量方法。它具有测量准确、反应速度快、非接触等特点 ,尤其适用于测量真空镀膜中基板的温度。但目前的测温对象只能是固定的基板 ,因而还不完全实用。我们新发展了一种自动测温系统 ,可以对旋转基板的干涉条纹移动进行计数 ,从而实现了旋转基板的测温 ,使激光测温技术更具实用性。介绍了该系统的原理、设计并给出了一次实际测温的结果     

窄谱光干涉测速系统及其优化设计

提出并优化设计了一种结合光波导谐振技术的窄谱干涉的测速(或测长)技术及其系统,该技术兼有白光干涉的绝对测量和单色光干涉响应多普勒频移的特点。工作光波由分布式反馈激光器经双环石英波导谐振后提供,两支同源窄带光经多普勒频移后叠加干涉,干涉结果包含了速度信息。优化设计采用了多目标优化SPEA2算法,数值仿真结果显示,系统可以达到0.01mm/s速度变动的测试响应。     

An interference technique for measuring the thickness of semi-thin and thick sections

An interference method is described for measuring section thickness in the range 0·3–45 μm. An incident illumination objective incorporating a beam splitter and adjustable reference mirror is used to generate interference fringes by reflection from the upper surfaces of sections on glass slides. Sections do not require a reflective coating. The lateral displacement of the zero-order fringe generated using white light is measured in terms of sodium light fringes and photographic enlargement of the fringes allows measurement to ± 30 nm. The method is simple in operation and allows rapid assessment of any local distortions over the entire section area.     

相对光强原理测量纳米级润滑薄膜厚度的研究

本文采用了相对光强原理测定润滑膜的厚度。增强了测量结果抗外界干扰的性能，提高了测量膜厚的分辨率，最后给出的实验结果表明得该原理测量膜厚是可行的。