單幀式絕對光程差表面測量技術研究

《單幀式絕對光程差表面測量技術研究》是依託浙江大學，由汪凱巍擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：單幀式絕對光程差表面測量技術研究
• 依託單位：浙江大學
• 項目負責人：汪凱巍
• 項目類別：青年科學基金項目

項目摘要

傳統雷射干涉儀存在2π相位不確定性問題和抗干擾能力差問題，一定程度上制約了干涉測量技術的套用範圍。4D干涉儀能夠在一幀內獲取所有需要的相移圖，顯著地提高了抗干擾能力，但仍然沒有解決相位不確定性問題。本項目提出了一種新型單幀式的絕對光程差面形測量方法。採用法布里-珀羅標準具對入射到干涉儀上的寬頻光進行調製，使用閃耀光柵將各個波長的干涉分量成像在CCD相機上。利用該方法不但能夠通過採集1幀CCD圖像獲得所需要的干涉信號，具有較強的抗干擾能力；同時由於採用了寬頻光源，利用同一光程差下不同光波長的相位來計算被測面上各點的絕對光程差，解決了相位不確定性問題。因此，該技術能夠用來在缺乏隔振措施的環境中對超精加工表面、MEMS器件、半導體晶片等平滑表面或結構表面進行線上測量，進一步拓展干涉測量技術的套用範圍。

結題摘要

相對於傳統縱向掃描白光干涉儀而言，基於光譜分辨的白光干涉儀無需機械式光程差掃描既可獲取絕對光程差。它利用具有連續光譜的寬頻光源或白光作為光源，干涉信號可以看做多個單色光干涉信號的線性疊加。利用光柵、稜鏡等衍射元件可以將它們在空間上展開。計算相位相對於波數的斜率，可獲得絕對光程差，從而實現極短時間（一幀干涉圖像）內獲得被測表面信息的功能。可以用於實時抗干擾線上結構表面測量，單次測量僅能獲得一維表面信息，即一個截面形貌。為了獲得兩維表面信息，我們使用梳狀光譜光源代替了連續光譜光源，此時干涉圖是一系列分立的單波長干涉圖的疊加，單幀干涉圖像既包含了二維表面信息，也包含了波長信息，因此可以利用單幀圖像獲得一個被測表面窄條的三維形貌。可用於結構表面、粗糙表面等的線上分析。 我們構建了相關的實驗系統，編寫了控制程式和數據處理軟體，獲得了預期的干涉信號，對信號進行處理後獲得了納米量級的縱向表面測量精度。相關成果申請發明專利1項，發表論文4篇，技術轉化開發了光纖連線器端面3D干涉儀。