基于扫描白光干涉法的接触式表面形貌轮廓测量仪

本文提出了一种以杠杆触针机构作为微位移传感器,将扫描白光干涉法运用于接触式表面形貌测量的轮廓仪.该仪器的理论分辩力可达纳米级,与垂直扫描测量工作台相结合,测量范围可达5mm.文中重点论述了该轮廓仪测量系统的构成,测量原理,干涉信号数据处理.     

全视场外差白光干涉测量技术

为了解决传统白光干涉测量技术中对线性位移机构的位移精度要求过高的问题,本文提出了一种全视场外差白光干涉测量技术。该技术主要通过使用存在差频的白光干涉信号作为光源来实现在大扫描步长和低扫描精度条件下相干峰位置的高精度检测。本文首先建立了白光外差干涉的数学模型,再根据数学模型提供的光强信号特性提出了整体系统设计方案,然后对测量方案的可行性进行了实验验证。最后针对多种误差对算法计算精度的影响进行了理论分析和数据对比。误差分析的结果表明:白光外差干涉测量技术提供更高的测量精度和更好的抗干扰性能,有效地降低了传统白光干涉测量对线性位移机构精度的严苛依赖,为光学自由曲面检测技术提供了更多的可选解决方案。     

WIVS三维表面形貌测量仪

介绍利用纳米计量垂直扫描工作台实现对6JA干涉显微镜的改造,研制出WIVS三维表面形貌测量仪。该仪器能够精确有效地测量Ra值为0.001~2.0μm的三维表面形貌。通过对改造前后的6JA干涉显微镜进行性能分析,说明了WIVS三维表面形貌测量仪能够满足工程表面测量的发展要求。     

三维表面轮廓的白光干涉垂直扫描测量方法的研究

基于白光干涉垂直扫描轮廓测量原理,研制出一种以6JA干涉显微镜为基础,配合自带计量衍射光栅测量系统的精密垂直位移工作台,从而实现大范围、高精度三维表面轮廓测量的方法.实验结果表明,采用白光干涉垂直扫描轮廓测量方法,可满足测量解析度及精度达到纳米等级的同时,其垂直测量范围可达80μm的三维表面轮廓测量要求.     

白光相移干涉中频谱对测量精度的影响

在相移干涉中有时采用白光干涉来扩大深度测量范围,白光光源的使用,缩短了光束的相干长度,降低了测量精度。本文从干涉理论出发推导了白光相移干涉法测量三维表面形貌的计算公式,通过数值积分的方法分析了干涉光频谱对测量精度的影响。分析表明,在白光相移干涉测量中表面形貌的测量精度与中心波长和频谱宽度有关,白光频谱越宽,测量精度越低,中心波长越大,测量精度越高。     

白光干涉测量系统的测量不确定度评定

白光干涉测量系统(white-light interference system,WLIS)广泛用于微纳米表面形貌的精密测量,其测量不确定度评定是研究白光干涉测量系统计量特性的一项重要工作.基于微纳米线间隔和台阶,建立了 WLIS测量表面形貌时的测量模型,明确了测量不确定度来源;以5000 nm的线间隔和180 nm的...     

光谱域光纤白光干涉测量技术

光谱域光纤白光干涉测量技术(WLI)具有精度高、动态范围大、工程实用性强等优点,在光纤传感和精密测量领域有广泛的应用价值。本文回顾了光谱域光纤白光干涉测量技术的发展历程,重点介绍了本研究组在这一领域所开拓的基于相位测量技术的光谱域光纤WLI,包括傅里叶变换WLI及其相对测量术、波长扫描WLI、相移WLI、波数扫描WLI、互相关WLI、步进相移WLI,并展示了该技术在光纤温度、压力、应变等传感器中的应用。     

白光干涉型Michelson光纤扫描干涉仪

介绍了一种白光干涉型Ｍｉｃｈｅｌｓｏｎ位移传感器，Ｍｉｃｈｅｌｓｏｎ干涉仪的一臂由光纤Ｆ－Ｐ腔构成，作为传感头，另一臂由电磁位移器带动的反射镜构成，提供相位补偿。理论分析和实验结果表明，在１５０μｍ的动态范围内，该传感器的位移测量重复性达到０．５μｍ，测量不确定度为．５μｍ。本文还提供了进一步提高测量精度和响应速度的方法。     

表面形貌光学法测量技术

介绍了在表面微观形貌测量中常用的光学测量方法，分析了它们各自的原理和优缺点，最后对光学法表面微观形貌测量技术的发展作了简要评述。     

基于白光透射反射干涉的形貌重构方法验证

利用扫描白光干涉的测量方法,通过透射反射干涉的方式,对覆盖不同层数透明薄膜GaAs台阶结构进行透射测试,实现了对覆盖透明薄膜的GaAs台阶结构三维形貌还原方法的验证.该测量方法是在Pizeo的驱动下,通过改变测量臂和参考臂之间的光程差,使其不同高度的表面到达零光程差位置,并由CCD记录整个扫描过程中干涉条纹的变化状况,进而提取被测件的三维形貌信息.该测试技术具有非接触、无破损、高灵敏度和快速测量的特点.可为膜后形貌的三维重构提供借鉴方法.     

双针表面形貌测量系统的研究

介绍一种新颖的双针表面形貌测量系统 ,它将光学位移传感器和触针位移传感器巧妙地结合在一起 ,从而具有接触和非接触两种测量手段。与单一测量模式的表面形貌测量仪器相比 ,它的性能价格比更高 ,应用范围更广。该测量系统已投入实用 ,接触测量模式下其垂直测量范围和垂直分辨率分别是 1mm和 10nm ,非接触测量模式下分别是 5 0 0 μm和 3nm。实践证实 ,该系统使用灵活 ,可靠性高     

Measurement of Steep Surfaces Using White Light Interferometry

Abstract:  Scanning white light interferometry (SWLI) is an increasingly popular method to measure the surface profile of miniature components. Although it is tolerant to step changes in profile, its capability to measure the large surface gradients that are characteristic of high-aspect-ratio surfaces is limited. This is in part due to the numerical aperture of the objective lens which restricts the spatial frequency content of both the illumination and recorded fields. More fundamentally, though, SWLI instrumentation neglects the effects of multiple scattering and assumes that the field which illuminates the object is that which would be present if the object were absent. Although this is a reasonable approximation for slowly varying surfaces, it is generally not true for those with steep gradients. In this paper the 3D theory of SWLI is presented and the approximations made by current instrumentation are discussed in this context. Using finite element methods (FEM), SWLI interferograms are calculated, for the cases of 2D Silicon V-grooves and step artefacts, and the effects of multiple scattering are illustrated. Methods to improve the capability of SWLI to measure large surface gradients, first by tilting the sample and subsequently by using an iterative FEM model to provide improved estimates of the illuminating conditions are introduced.     

基于空间频域算法的三维微观形貌的测量

白光干涉术测量表面形貌,解决了单色光干涉测量中的相位不确定困扰。基于扫描白光干涉术的空间频域算法,具有受噪声影响小、计算精度高的优点。运用这一算法通过Mirau扫描干涉显微镜对台阶状样品表面进行了两次白光扫描测试,得出了台阶表面形貌结果,且两次测量的台阶高度相差不超过1 nm。同时,利用Zygo Newview 7200白光形貌仪对同一样品表面进行了测试对比,结果表明:两者得到的样品表面形貌一致,台阶高度相差0.9 nm。此外,实验数据处理的结果还表明:运用空间频域算法进行分析时二阶以上的色散完全可以忽略。     

Mirau干涉型微纳台阶高度测量系统的研究

为了实现纳米量级到微米量级的微观三维台阶样板高度的快速测量,在普通光学显微镜的基础上改造完成了一台微纳台阶高度测量装置,设计了整体硬件结构,编写了测量控制软件和数据处理软件,并结合Hilbert变换和小波变换实现三维表面形貌测量。使用不同高度的台阶样品进行测试,测试结果表明:系统测量准确度较高,测量重复性较好,垂直测量范围大于50 μm。     

串连差分白光干涉法测量金属极薄带厚度

利用白光作为光源的干涉仪(WLI)克服了单色相干光干涉相位不确定,不能够进行绝对测量的缺点,本文设计了一种串连差分白光干涉(DMLI)测量极薄金属带材厚度的新系统.该系统的特点是由两个迈克尔逊干涉仪(MI)串联组成差分干涉系统,两个干涉仪的测量反射面由薄带的两个对应表面承担,干涉系统的最后输出信号只与薄带的厚度有关,而与薄带在测量光路中的位置无关.理论分析及实验结果表明,该系统既有干涉测量的高精度,高灵敏度,又具有较强的抗干扰能力.     

潜望镜白光透射比测量装置的设计与实施

提出一种潜用光学系统白光透射比测量装置的设计方法，并根据该方法研制一套具有测量结果准确、功能齐全、操作方便的测量装置。用于实际测量的结果表明，该装置完全符合设计要求。     

扫描探针显微镜测壳聚糖材料的表面电荷分布

提出一种测量材料表面电荷是非均匀的、没有中性区的弱电荷的方法.即测试时,利用扫描探针显微镜(SPM)的静电力显微镜(EFM)测量技术,依靠轻敲模式(Tapping Mode)和抬举模式(Lift Mode),用相位成像测量有机高分子膜--壳聚糖膜(CHI)的表面电荷密度空间分布,但由于仪器设计中相位的泰勒展开是:sin△φ≈1/2△φ,所以所获的电荷图像只能确定材料的表面电荷分布和表面电荷密度的近似值.然而,嵴宽约为2.12μm表面正电荷微沟槽结构的这种特殊电荷形貌分布有利于细胞的生长,因此获得的表面电荷分布补充了生物材料表面理化性质.     

White-light Phase-stepping Interferometry: Measurement of the Fractional Interference Order

Abstract

Intensity data obtained with white light and an achromatic phase shifter in an interferometric surface profiler can be used to locate the peak of the visibility curve as the test surface is moved in steps along the height axis. We show that the same intensity data can also be used to find the fractional interference order at each point on the test surface, at the position of the test surface nearest to the visibility peak and, hence, its height at that point, with a high degree of accuracy.     

白光聚合物电致发光器件及其材料的研究进展

白光聚合物电致发光器件具有低能耗、低驱动电压、绿色环保以及可制备柔性屏等诸多优异特性,被业界公认为是21世纪最具潜质和最具发展前景的高技术领域之一。此外,白光聚合物电致发光器件可通过湿法加工技术(如旋涂、丝网印刷、喷墨打印)来制作,因而其制作成本低,在显示和照明领域有着广阔的应用前景,受到人们广泛的关注。从器件和材料两个方面开展论述,简单介绍了白光聚合物电致发光的最新研究进展,并分析了实现白光聚合物电致发光器件商用化所需解决的问题。