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基于白光干涉原理的三维微表面形貌测量技术研究

冯奎景  
【摘要】: 为满足微机电系统(MEMS, Micro-Electro-Mechanical System)产业化及实验研究对表面形貌测量工具的需求,本文对垂直扫描白光干涉技术做了深入的研究,设计开发了一套基于Linnik干涉结构的扫描白光干涉三维表面形貌测量系统,具有长工作距离、快速、非接触及三维全场测量等特点,主要工作如下: 基于一种新颖的LED准直方法,设计了一套扫描白光干涉表面形貌测量系统。研究了光源相干长度、光学系统分辨率及CCD分辨率。 研究了目前白光干涉测量中的主要算法,重点研究了相移算法和基于采样定理的平方包络函数估计(SEST, Square-envelop function Estimation by Sampling Theory)快速处理算法。提出了在SEST算法中应用循环缓冲器定位相干区域的方法,进一步减少了数据存储量及计算量,提高了测量速度。对上述两种算法做了仿真研究,结果表明,光源的频谱宽度对相移算法和SEST算法的精度影响较大,同等条件下相移算法精度比SEST算法高,但是由于相移算法的采用间隔小,故测量速度比较慢。 开发了一套扫描白光干涉三维表面形貌测量系统,可工作在相移干涉模式(PSI, Phase-Shift Interferometry)和垂直扫描干涉模式(VSI, Vertical Scanning Interferometry)下。在基于面向对象技术的VC++6.0集成开发环境下完成了系统软件的设计开发,编程实现了三步相移、五步相移及SEST等测量算法。提出了一种有效地存储表面形貌测量结果的文件格式。对美国VEECO公司的标准台阶做了测量,比较了不同处理算法下的测量结果,结果表明系统具有良好的可操作性和较高的测量精度。


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