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《天津大学》 2004年
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用于微表面形貌检测的纳米级白光相移干涉研究及仪器化

张红霞  
【摘要】:论文全面描述了微表面形貌测量的各种方法,总结了干涉中的相位测量方法,分析了当前表面形貌测量的研究热点和方向。从白光相移显微干涉的原理出发,研制了一台可检测微表面形貌的立式Mirau白光相移干涉仪。干涉仪由光学干涉成像和照明系统,垂直方向的压电陶瓷PZT微位移系统,被测面两维扫描系统,图像采集和数据处理系统组成。 建立了显微干涉系统的数学模型,推出了白光和单色光干涉的谱宽条件。研究了双波长测量和组合光源测量。采用无限筒长显微镜结构,优化设计了Mirau干涉物镜。平衡了干涉光强,研究了参考面的中心遮拦对系统性能的影响。照明光路采用反射式自准直结构。被测面通过电控平移台的运动实现被测面扫描,完成了步进电机的单片机串口控制电路。完成了LED恒流源驱动电路和机械结构的设计。研究了不同相移算法对PZT移相误差和探测器非线性误差的敏感性。研究了数值孔径效应并进行了校正。分析了干涉仪的横向,纵向的分辨率和测量范围,进行了光纤连接器端面的形貌测量,重复测量精度高于2纳米。 工作中的主要创新点 1.建立了显微干涉系统的数学模型,揭示了干涉条纹包络受数值孔径和光源光谱分布的影响。并结合研制的Mirau白光相移干涉仪,提出了仪器中白光干涉和单色光干涉的谱宽分界条件。 2.进行了Mirau白光相移干涉系统的几何光学研究,优化设计了Mirau干涉物镜,用5种不同透射/反射率的分束板平衡了干涉光强,研究了参考面的中心遮拦对分辨本领,调制传递函数MTF,残余像差和有效数值孔径的影响,并推出了Mirau干涉中数值孔径校正因子公式。 3.实现了白光相移干涉仪的三维扫描,孔径拼接,双波长测量和组合光源测量。被测面的两维电动扫描和竖直方向的压电陶瓷传感器PZT微位移系统构成了三维扫描,被测面利用孔径拼接技术扩大了测量范围。 4.完成了立式Mirau白光相移干涉仪的仪器学研究,包括总体设计,组件安排,光学结构,机械结构,电路设计和软件设计,并进行了光纤连接器端面的形貌测量。
【学位授予单位】:天津大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:TH744.3

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【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 刘娜;光学微结构观测系统研究[D];天津大学;2006年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前7条
1 王桂英,陈侦,步杨,徐至展,王之江;纳米分辨率的三维形貌检测仪[J];分析测试技术与仪器;1998年04期
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4 周明宝,林大键,郭履容,郭永康;基于白光的双波长相移干涉的误差分析[J];光学精密工程;1999年05期
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中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 吴新民;光干涉测试中的抗振技术研究[D];南京理工大学;2002年
2 惠梅;表面微观形貌测量中相移干涉术的算法与实验研究[D];中国科学院西安光学精密机械研究所;2001年
【共引文献】
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
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4 杜述松;相里斌;陶然;张文喜;;基于菲涅耳双面镜傅里叶变换光谱仪的可见度分析[A];2004全国光学与光电子学学术研讨会、2005全国光学与光电子学学术研讨会、广西光学学会成立20周年年会论文集[C];2005年
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6 宋爱群;黄元庆;;CCD图像传感器的应用技术与发展趋势[A];第十七届全国测控计量仪器仪表学术年会(MCMI'2007)论文集(上册)[C];2007年
7 戴慧莹;董秋霞;;反射光及折射光偏振度变化规律的研究[A];2005年全国高校非物理类专业物理教育学术研讨会论文集[C];2005年
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9 徐学基;;灯光照明与视觉健康[A];中国长三角照明科技论坛论文集[C];2004年
10 陈昌龙;王大鹏;徐家栋;;LED灯光仿真控制系统的软件设计[A];2006年全国LED显示技术应用及产业发展研讨会论文集[C];2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 付林;物体表面轮廓光学动态检测与特征识别[D];南京理工大学;2007年
2 王俊;航天光学成像遥感器动态成像质量评价与优化[D];中国科学院长春光学精密机械与物理研究所;2000年
3 宋朝辉;神经网络在空间光学窗口热光学性能研究中的应用[D];中国科学院长春光学精密机械与物理研究所;2000年
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5 于殿泓;紫外光快速成型技术及其应用研究[D];西安理工大学;2001年
6 惠梅;表面微观形貌测量中相移干涉术的算法与实验研究[D];中国科学院西安光学精密机械研究所;2001年
7 米凤文;衍/折红外混和光学系统及其测试技术研究[D];浙江大学;2001年
8 吴新民;光干涉测试中的抗振技术研究[D];南京理工大学;2002年
9 戚永军;光纤共焦扫描显微成像技术的研究[D];南京理工大学;2002年
10 卫成业;燃煤锅炉炉膛火焰温度场和浓度场测量及燃烧诊断的研究[D];浙江大学;2001年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王虎森;T720手机翻盖测试系统的研究[D];天津大学;2004年
2 胡永凉;面向熔射制模的机器人研磨系统及实验研究[D];华中科技大学;2005年
3 杨丛林;球形钇铝石榴石(Y_3Al_5O_(12):Ce)荧光粉的制备及荧光性能研究[D];江苏大学;2006年
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5 张大勇;红外导引头对入射激光的后向反射特性研究[D];中国工程物理研究院北京研究生部;2000年
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9 李代林;散射介质中偏光信息处理及应用可行性探讨[D];曲阜师范大学;2001年
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【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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2 杨甬英,卓永模,杨明建;用于超光滑表面无损检测的光学轮廓仪[J];光电工程;1999年06期
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5 周明宝;干涉法表面形貌测量使用的扩展深度测量范围的方法[J];光学精密工程;1999年04期
6 周明宝,林大键,郭履容,郭永康;基于白光的双波长相移干涉的误差分析[J];光学精密工程;1999年05期
7 许谊,徐毓娴,惠梅,蔡昕;微分相衬干涉显微镜定量测量表面形貌[J];光学精密工程;2001年03期
8 马福禄,张志利,周召发;基于M型分划丝的单线阵CCD直线度准直仪[J];光学技术;2002年03期
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中国博士学位论文全文数据库 前5条
1 惠梅;表面微观形貌测量中相移干涉术的算法与实验研究[D];中国科学院西安光学精密机械研究所;2001年
2 李朝辉;基于相移干涉法的微表面轮廓仪的研究[D];天津大学;2004年
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中国硕士学位论文全文数据库 前5条
1 刘娜;微结构观测镜光学结构研究与设计[D];天津大学;2004年
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【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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10 王桂英;近场光学理论初探[J];物理学报;1997年11期
【相似文献】
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1 马龙;郭彤;赵健;徐临燕;陈津平;傅星;胡小唐;;基于白光相移干涉术的微结构几何尺寸表征[J];纳米技术与精密工程;2011年01期
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中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 张红霞;用于微表面形貌检测的纳米级白光相移干涉研究及仪器化[D];天津大学;2004年
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