Fiber-optic Based Scanning Confocal Microscopic Interferometer for the Measurement of Surface Topography

1　Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　　Ｔｈｅｒｅｉｓａｎｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｆｏｒｔｈｅｐｒｅｃｉｓｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｏｎｌａｒｇｅ ｓｃａｌｅｏｂｊｅｃｔｓｏｆｃｏｍｐｌｅｘｓｈａｐｅｗｉｔｈｓｔｅｅｐｓｕｒｆａｃｅｓｌｏｐｅｓ .Ｔｈｅｓｔｙｌｕｓｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｉｓｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄａｓｔｈｅｐｒａｃｔｉｃａｌｍｅｔｈｏｄ ,ｂｕｔｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｃｃｕｒａｃｙｉｓｌｉｍｉｔｅｄｄｕｅｔｏｉｔｓｃｏｎ…     

Noncontact Measurement of Surface Topography by Mirau Interferometer

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一种全场三维共焦检测的新方法

提出了一种利用微光学阵更合成器件实现全场三维面形并行检测、记录的共焦方法。此方法的关键是，在共焦系统中引入一一微光学耻列合成器件来产生一点光源阵列，实现了对同一一剖面同时并行检测，并首次采用了ＣＣＤ面阵像元取代上孔光阑直接截取三维信息光强。本文讨论了该方法的三信息检测原理，响应关系，给出了初步的实验结果和三维重构图。     

光纤共焦扫描显微术用于光盘盘基预刻槽结构的检测

基于共焦扫描差分术,提出了检测不同表面反射率的物体表面表貌的方法,并提出了在光纤共焦扫描成像术中利用边缘判据进行边缘定位的极限尺度。上述思想用于检测光盘盘基预刻槽形结构,在建立的一套光纤共焦扫描成像装置上进行了光盘盘基预刻槽结构的检测,获得了槽宽、槽间距及槽深等实验数据,与槽标准参数相符。     

基于白光干涉彩色图像的微结构表面形貌测量

微结构的表面形貌会显著地影响微纳器件的使用性能及产品质量,是微纳测试领域的一个重要研究方面,利用白光干涉技术是测量物体表面形貌的一种常见方法。区别于常用的CCD黑白相机,使用CCD彩色相机采集白光干涉条纹的彩色图像,使获取的图像包含了R、G、B三个通道的信息。利用小波变换法分别求解出在不同扫描位置处R、G、B通道的相位信息,通过建立的评价函数,并结合最小二乘法可精确确定零光程差的位置,利用相对高度和零光程差位置的线性关系,进而得到物体的表面形貌。通过仿真以及实际测量由VLSI标准公司制造的标准台阶结构,验证了所提出方法的有效性。     

体视学与激光共聚焦显微镜图像分析黑色素瘤细胞三维形态学参数的变化

体视学是由形态学与数学交叉形成的一门新兴学科,通过二维结构信息定量测量和分析三维形态结构特征。采用体视学点计数方法,对肿瘤细胞B16F10、B16/Vector及B16/GPR4各20组的共聚焦显微镜图像进行测量,定量分析了其三维形态参数的差异。对比三类细胞的体视学参数发现,对照组B16/Vector和原始细胞B16F10没有明显差异,实验组B16/GPR4的细胞比表面及相对形状因子参数与另两类细胞相比均表现出了显著性差异(p值分别小于0.05和0.02,即B16/GPR4细胞形态光滑,没有较多的突触和伪足),与前期Transwell小室细胞侵袭及迁移实验研究结果相吻合,体现出B16/GPR4细胞中G蛋白耦联受体4(GPR4)基因对细胞迁移性抑制的生物特性。研究结果表明,体视学和激光扫描共聚焦显微镜细胞图像的结合,可以实现细胞三维结构参数的快速测量,是细胞生物学尤其是细胞形态学分析的有效研究方法。     

基于STC单片机F-P扫描干涉仪的设计

通过分析F-P扫描干涉仪的工作原理,基于STC89C52RC单片机,采用PA93功率放大器驱动压电陶瓷,设计了1 064nm平平腔结构的F-P扫描干涉仪。腔镜反射率为98%,精细度156,腔长0.1~100mm连续可调,对应自由光谱区1.5~1 500GHz和分辨率9.65~9 650MHz。压电陶瓷驱动电压和频率通过4×4矩阵键盘,可以在0~200V和1~30Hz连续可调,显示在1 602液晶屏上。同时可以通过RS232串口与计算机通讯,在上位机使用LabVIEW软件界面方便地设置压电陶瓷驱动电压和频率。最后使用该F-P扫描干涉仪,对激光二极管泵浦Nd:YVO4激光器纵模进行了测量,验证了整个系统的工作性能。     

测量微观不平度的90°相移激光干涉仪

叙述了测量微观不平度的90°相移激光干涉仪的原理和构成。对这种新型干涉仪的性能及有关问题作了讨论。测量结果的计算和样品扫描的控制，由个人计算机完成。垂直分辨率达1um，横向分辨率达10μm。实验结果证明了系统的稳定性。     

波长扫描法布里-珀罗干涉仪的优化设计

分析了可用于绝对距离测量的波长扫描法布里－珀罗干涉仪腔内多光束干涉对输出信号的影响, 及由此产生的相位测量误差。研究表明, 通过选择合适的腔端面反射率和参考腔长度可以减小相位测量误差。优化选择的腔面反射率为０．１０～０．１５, 参考腔长为０．９５ ｍ ｍ , 在１ ｍ ｍ 范围内系统可达到０．０５ μｍ 的测距精度。     

二次谐波共焦成像的分辨率

通过与双光子荧光共焦成像过程比较,研究了非线性二次谐波的强度脉冲响应函数并对它进行频域分析,获得了横向、纵向截止频率和通频带.研究结果表明：二次谐波共焦成像具有更高的分辨率.     

Thickness and Surface Profile Measurement by a Sinusoidal Wavelength-Scanning Interferometer

We propose a sinusoidal wavelength-scanning interferometer for measuring thickness and surface profile of a thin film. The interference signal contains phase modulation amplitude Z and phase $aL which are related to the positions and profiles of the reflecting surfaces, respectively. By reducing the difference between the detected signal and the estimated signal using the multidimensional nonlinear least-squares algorithm, we estimate values of Z and $aL. Experimental results show that the front and rear surfaces of a silica glass plate of 20 $mUm-thickness could be measured with an error less than 10 nm.     

基于干涉仪测量的变形镜面形展平标定研究

为了全面地了解变形镜的性能,以便自适应光学系统更好地工作,进行了基于干涉仪测量的变形镜面形展平标定研究.首先,给变形镜的压电陶瓷驱动器施加一半的控制电压;再用Zygo干涉仪测得变形镜的面形,计算对应各个驱动器位置的镜面高度,并算得各个位置镜面高度相对平均镜面高度的偏差;最后,控制驱动器运动使偏差量为零.测试及实验表明,受压电陶瓷迟滞的影响,上述过程需要迭代4到6次镜面面形才会收敛到希望的准确度;对镜面周边无驱动器约束的21单元变形镜,展平之后其80%口径的面形接近λ/20(λ=632.8nm);对镜面周边有驱动器约束的137单元变形镜,展平后的面形优于λ/50.在望远镜不同的观测条件下,该技术可以快速地对变形镜进行展平标定,以适应不同的工作环境.     

光针扫描法检测光滑表面粗糙度

提出了一种用于光滑表面粗糙度测量的方法，利用两个标准参考面和两个偏振片实现对表面粗糙度的测量，通过两1／4波片克服光路可逆性的缺陷，给出了测量系统光路图，导出了该方法工作原理的数学表达式，并对该方法产生的测量不确定度进行了理论计算与计算机仿真，最后通过对一标准粗糙度样块进行测量，证明了该方案的可行性。结果表明实测值与样块厂家提供的标称值相符，并可实现0．2nm的测量精度。     

基于干涉仪测量的变形镜面形展平标定研究

为了全面地了解变形镜的性能,以便自适应光学系统更好地工作,进行了基于干涉仪测量的变形镜面形展平标定研究.首先,给变形镜的压电陶瓷驱动器施加一半的控制电压;再用Zygo干涉仪测得变形镜的面形,计算对应各个驱动器位置的镜面高度,并算得各个位置镜面高度相对平均镜面高度的偏差;最后,控制驱动器运动使偏差量为零.测试及实验表明,受压电陶瓷迟滞的影响,上述过程需要迭代4到6次镜面面形才会收敛到希望的准确度;对镜面周边无驱动器约束的21单元变形镜,展平之后其80%口径的面形接近λ/20(λ=632.8 nm);对镜面周边有驱动器约束的137单元变形镜,展平后的面形优于λ/50.在望远镜不同的观测条件下,该技术可以快速地对变形镜进行展平标定,以适应不同的工作环境.     

激光共焦扫描显微镜中的图像复原方法

在非负值和有限支撑域的递归逆滤波（NAS-RIF）盲图像复原算法的基础上,根据激光共焦扫描显微镜(LCSM)采集到的图像特点,提出了改进方法.首先对LCSM采集到的显微图像进行高斯滤波以提高退化图像的信噪比,然后进行局部直方图均衡以突出显微图像的细节,最后在代价函数中加入空间自适应正则化项,较好地恢复了具有丰富细节信息的显微图像.     

共焦激光扫描显微镜技术进展

共焦激光扫描显微镜已延伸到光学显微术领域，包括共焦荧光显微镜、共焦扫描光纤显微镜、彩色共焦激光显微镜、共焦光栅光学显微镜等。并很快成为半导体材料检测和生物医学诊断的重要工具。本文对国外该显微镜技术的特性和新的进展进行了综述。     

一种便携式干涉仪动镜系统的设计

动镜扫描系统是傅里叶变换红外光谱仪中唯一不断运动的部件,其扫描的精度与行程直接影响仪器的信噪比、重复性与分辨率等指标。在利用立体角镜的光学特性和柔性簧片枢轴的机械特性的基础之上,设计了一种结构紧凑,体积小巧的干涉仪动镜扫描系统,设计了基于模糊控制算法的控制器,对动镜的扫描速度进行精密的控制。实验表明,动镜机构的扫描稳定性优于99.8%,所测得的红外光谱具有较高的信噪比能够满足高精度定量分析的要求。     

荧光共焦扫描系统成像特性的优化

对荧光共焦扫描系统用光强点扩散函数进行傅里变换得到系统三维传递函数的数学模型，并由此求得环形透镜和各种有限大小探测器系统的光学传递函数。用计算机模拟和光学传递九数值计算，分析了采用不同环形透镜及探测器对系统成像特性的影响     

偏振共焦扫描激光显微镜的成像特性研究

讨论了共焦扫描激光显微镜的纵向分辩率和信噪比对三维成像能力的影响, 给出了纵向分辨率极限的判据, 提出了旨在提高信噪比进而获取强表面反射或弱散射物体以及偏振物体的显微结构图像的偏振共焦扫描激光显微镜     

计算机云纹技术用于三维物体360°面形轮廓测量

本文讨论了计算机云纹用于三维物体３６０°面形轮廓测量的原理，并对一样品进行了测试，实验表明，此种方法优于其它测量方法，可快速获得样品３６０°面形展开图．