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微米云纹法及其相关的超高频制栅与数字化图像处理技术

王朝阳  
【摘要】:细微观力学的发展迫切要求建立微米、亚微米尺度上的实验力学方法。本文提出并实现了在测量灵敏度、空间分辨率等方面均满足细微观力学实验测量要求的微米云纹方法以及相关的超高频精确制栅与条纹图像的数字化分析处理技术。 本文对激光干涉法制作全息光栅的高衍射效率、超高频精确制栅技术进行了分析和研究。(1)提出了利用光栅的衍射性质来精确确定两束相干光相交角度的思路,实现了基于标准母栅的精确倍频制栅方法。(2)本文在精确倍频制栅和常规折射率介质传光制栅方法的基础上,提出了基于母栅的折射率介质传光精确倍频制栅方法,所制得的光栅频率等于空气中制栅光路的制栅频率与两倍母栅频率之和,而与激光波长以及介质的折射率无直接关系。本文对该方法进行了详细的理论分析并将其思路推广于云纹干涉法,提高了测量的灵敏度。(3)本文从理论上分析建立了采用正性光致抗蚀剂进行光刻制栅的刻槽模型,得到了决定光栅刻槽深度与衍射效率的几个主要因素;此外还提出了一种全息光栅的复制新技术。本文所制作和复制的光栅均达到了非常高的水平。 本文将显微放大的思路应用于云纹法,提出了具有高灵敏度和高分辨率的微米云纹法。其原理是利用显微系统将高频光栅放大至能够形成几何云纹的低频水平,而其灵敏度仍取决于原始的高频光栅,空间分辨率的提高则由显微系统提供。分析比较与实验的结果均表明,微米云纹法可以满足细微观力学测量对高灵敏度和高分辨率的双重要求,均能达到微米、亚微米的水平,是填补微米——纳米层次实验力学方法空白的有效手段。实现微米云纹法的关键是如何提高条纹质量,本文提出了采用4F光学空间滤波等相应的解决措施。 本文全面地、系统地研究了光测条纹图像数字化自动处理的条纹中心分析技术和位相分析技术。(1)在条纹中心分析技术的图像滤波、条纹中心提取与修整、条纹级数赋值与插值、处理结果显示等多方面提出了一系列实用有效的处理方法。其中在关键的图像滤波和条纹级数插值方面,本文分别提


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