基于白光频域干涉的大台阶高度测量方法

基于白光频域干涉的基本原理,提出了一种可实现高分辨率和大台阶高度测量的方法,利用该方法进行台阶高度测量时,其测量范围取决于所用干涉光源的中心波长和光谱仪的分辨率,可达mm量级。在原理验证性实验中,利用该方法已经实现了最大高度为298.57 m的台阶高度测量,多次重复测量的标准偏差不超过0.03 m,最大均方根误差为0.94 m,实验测量结果与台阶高度真实值具有很好的一致性。     

基于白光干涉的光学薄膜物理厚度测量方法

设计了一套利用白光干涉理论测量薄膜厚度的系统,主要包括迈克耳孙白光于涉系统和光纤光谱仪.对干涉信号进行频域分析,结合拟合测试与理论能量曲线的方法并选择合适的目标函数,进一步精确反演得到待测薄膜样品的物理厚度,使用上述方法对多组不同厚度的薄膜样品进行计算,并对结果进行了详细的精度及误差分析.将本实验装置测试所得到的数据与传统的光度法相比较,结果表明使用该测试方法测量光学薄膜物理厚度的误差可以小于1 nm.与传统的光度法和椭偏法相比,提供了一种测量光学薄膜厚度的较为简单、快速的解决方案,同时保证了较高的精度.     

基于波面剪切干涉原理测量微细台阶高度

提出了利用波面剪切干涉原理测量微细结构台阶高度的方法。通过在微分相衬干涉系统光路中加入偏振分光棱镜,实现了对光束的微分剪切及复合偏振。利用矩阵分析法建立了该测量系统的数学模型,根据探测到的光强信息图,由光强与干涉相位差间的关系式提取到了测量区域的相位分布值,由位相与待测物纵向深度间的转换关系式,经图像重建后通过计算得到了台阶的表面高度信息。     

高精度动态白光干涉测量方法

白光干涉测量技术具有精度高和非接触式测量的优点,是超精密加工领域中的一项重要测量手段。针对白光干涉测量技术容易受环境振动影响的问题,提出了一种动态垂直扫描干涉测量方法(DVSI)。该方法将白光干涉光路分为两个成像通道,得到与白光干涉图同步移相的准单色光干涉图。通过相位-倾斜迭代方法(PTI)对准单色光干涉图进行处理得到实际的移相扫描位置,对白光干涉信号进行相干峰位置的定位,并计算出粗糙的形貌分布,之后利用局部最小二乘方法(LLS)计算出精细的相位分布,将粗糙形貌以及精细相位相结合来复原出待测件的三维形貌。本研究通过数值仿真和实验对比对该方法进行了验证,结果表明本方法具有较好的抗振性能。     

台阶高度测量方法研究现状及进展

台阶高度测量是目前新提出的国际计量比对项目之一,当前的趋势是向纳米量级精度发展并尽量扩大测量范围。在分析现状和背景的基础上,大致归类了测量台阶高度的几种光学方法,着重介绍了其中绝对干涉方案的最新进展,从测量原理、测量精度以及量程等几方面比较了它们的优缺点。在此基础上提出以可调谐半导体激光器作为光源,采用可调合成波长链法实现纳米级精度毫米级量程的台阶高度测量,详细分析了方案的原理误差,得到最后的结论。     

基于白光干涉的ICF靶丸表面缺陷测量方法

针对激光惯性约束聚变实验中的靶丸等微球表面缺陷的真实高度测量问题,为解决现有测量方法存在的缺陷跃变处2π整数倍相位缺失问题,提出一种基于垂直扫描白光干涉技术的零位显微干涉测量方法。该方法采用白光球面零位干涉思想,通过垂直扫描球面干涉获取全视场白光干涉图,然后运用七步移相算法及蝙蝠翼校正算法实现靶丸表面缺陷的形貌计算,最后将白光干涉测量法与激光干涉测量法进行对比实验。结果表明,白光干涉法能够有效解决激光干涉法在缺陷跃变处的2π整数倍相位缺失问题,实现靶丸表面缺陷的真实高度测量,从而扩展靶丸类微球表面缺陷的测量范围。     

频域干涉及调制光谱的可能性

研究光场频域干涉和谱相关引起的光谱密度变化，探讨通过对光谱调制来构造光谱的可能性．给出一个压窄谱宽的例子并进行了数值计算，发现频域干涉的方法能够在谱宽变窄的同时利用较多的光能量，其可利用的光能量的比例比滤波片要大得多     

散斑干涉相位条纹图的频域滤波处理

为了解决在数字散斑干涉技术测量时,散斑干涉相位条纹图像中大量噪声对相位解包裹结果和精度产生严重影响的问题,介绍了一种条纹正余弦分解和频域低通滤波结合的方法,实现了散斑干涉相位条纹图的高精度滤波。该方法的基本思路是在对相位图像进行滤波处理前,先将相位图通过正余弦函数进行映射转换成两幅图,分别经过频域滤波,然后再合成为相位图。这种分解频域滤波方法可以在滤波的同时,有效保留相位跳变信息。实验结果表明：与传统的图像降噪方法相比,该方法能够在保留图像“尖峰”信息的基础上,较好地滤除图像中的散斑噪声,方法简单有效,有效解决了传统滤波方法应用在相位条纹图中,相图灰度信息丢失10%~40%的问题。     

白光干涉测量超薄透明电极ITO薄膜的厚度

随着平板显示技术的发展,透明电极ITO膜的厚度越来越薄。为了测试这种极薄的ITO膜,本文通过改进已有的频域分析算法,以便测试膜厚在20~150 nm之间的ITO膜。与现有算法相比,该算法有效改进了各个波长的位相解析精度。实验结果表明,待测透明电极薄膜的厚度为90~104 nm,其结果和标定值一致,证明了该算法能够测量膜厚小于100 nm的透明电极ITO薄膜。     

白光频谱干涉原理及其应用

本文详细讨论了白光频谱干涉的基本原理及其在微位移测量中的应用,并将其与传统白光干涉以及时域迈克尔逊干涉进行了比较,探讨了白光频谱干涉在大学物理理论与实验教学中的重要应用前景。     

利用光频梳提高台阶高度测量准确度的方法

提出一种利用光频梳和可调谐半导体激光器提高台阶高度测量准确度的方法. 通过将可调谐激光器锁定至光频梳,可对激光器的输出波长进行精确锁定与测量.基于可调合成波长链原理,利用锁定后的半导体激光器构建了一套台阶高度测量方案,该方案可消除合成波长误差对台阶高度测量不确定度的影响. 采用一台可调谐半导体激光器和光频梳进行了5000 s的连续锁定实验, 结果表明,锁定后的可调谐半导体激光器的频率稳定度达 1.8×10^-12.该方法的理论测量不确定度约为7.9 nm, 且测量结果可溯源至时间频率基准.     

基于扫描白光干涉法的表面三维轮廓仪

在强调表面三维形貌测量重要性的基础上 ,介绍了利用扫描白光干涉法测量表面三维微观形貌的原理及三维轮廓仪测量系统的构成。通过给出的几个测量实例 ,反映了该三维轮廓仪的主要特点 ,适合于大范围、高精度、阶梯面的测量。最后分析了影响其测量精度的主要因素。     

Compensation of phase change on reflection in white-light interferometry for step height measurement

We present a method for compensating for the phase change on reflection in scanning white-light inteferometry that practically permits precise three-dimensional profile mapping of composite target surfaces that comprise multiple, dissimilar materials. The compensation method estimates the variation of phase change with the spectral distribution of the light source through a first-order approximation and then directly compensates for the measurement errors by performing two additional quasi-monochromatic phase-measuring interferometric measurements. Experimental results prove that the proposed compensation method is capable of reducing the measurement error in step height gauging to +/-5 nm or less.     

Multi-wavelength phase-shifting interferometry for micro-structures measurement based on color image processing in white light interference

Conventional multi-wavelength phase-shifting interferometry utilizes two or three monochromatic light sources, such as lasers, to realize the measurement of the surface topography with large discontinuity. In this paper, the white light source, with a single-chip CCD color camera, is used to accomplish multi-wavelength phase-shifting interferometry. In addition, we propose an algorithm which combines white light phase-shifting algorithm, equivalent wavelength method and fringe order method to achieve measuring and calibrating the micro-structures ranging from nanometer scale to micrometer scale. Finally, the proposed method is validated by a traceable step height standard.     

Efficient phase matching algorithm for measurements of ultrathin indium tin oxide film thickness in white light interferometry

Optical Review - A novel method is proposed to measure the thickness of the indium tin oxide (ITO) film, which is less than 20 nm, using valid Fourier’s phase information of white...     

Quasi-common-path laser feedback interferometry based on frequency shifting and multiplexing

We present a quasi-common-path laser feedback interferometer based on frequency shifting and multiplexing. The interferometer uses two acousto-optic modulators to shift the frequency of the target-generated feedback light by 2 Omega. A properly aligned mirror is inserted into the feedback path to generate a feedback light frequency shifted by Omega. Phase variations of the two quasi-common-path feedback light beams are simultaneously measured through heterodyne demodulation with two different reference signals. Their subtraction accurately reflects the target displacement. Under typical room conditions, the system's short-period resolution is better than 2 nm, and its 3 min displacement accuracy is 8 nm.     

Non-contact thickness measurement for ultra-thin metal foils with differential white light interferometry

A new differential white light interference technique for the thickness measurements of metal foil is presented. In this work, the differential white light system consists of two Michelson interferometers in tandem,and the measured reflective surfaces are the corresponding surfaces of metal foil. Therefore, the measuring result is only relative to the thickness but not the position of metal foil. The method is non-contact and non-destructive, it has the advantages of high accuracy, fast detection, and compact structure. Theoretical analysis and preliminary experimental verifications have shown that the technique can be used to measure the thickness of foil in the range of 1 to 80 μm with accuracy better than 0.08 μm.