白光干涉显微系统及微观形貌移相算法研究

【摘要】：伴随着精密加工技术的进步,对超精密检测技术提出了新的要求。精密光学元件的微观三维形貌直接关系到元件的性能。微观三维形貌的测量方法有多种,利用干涉显微的方法测量元件表面具有精度高、测量速度快、不损伤元件表面等优点,逐步代替传统的接触式方法。本文基于相移干涉算法和白光干涉原理研制了一套白光干涉显微系统。适用于台阶、CGH等二元光学元器件的微观三维表面轮廓测量。采用白光LED作为光源,闭环模式的压电纳米移位器作为相移机构,提高了测量精度和测量效率。基于C#语言编写了图像采集程序。研究了相位提取算法中的Carre白光相移干涉算法,实现了从一系列等步长白光干涉图样中提取样品的微观三维轮廓信息的功能。针对测量结果中出现的倾斜、噪声等现象进行消倾斜、滤波等处理,得到较好的三维形貌信息。利用上述的白光干涉显微系统和相位提取算法对台阶版、CGH等光学元件进行了测量。台阶版的测量结果为108.63与标称值110nm基本相吻合,相对重复性误差为1.27%。CGH的测量结果为69.58nm,与标称值71nm相吻合。结果表明Carre白光相移干涉算法随着步长的增加,其测量精度出现下降。针对百纳米级的微观形貌,40-60nm的步长最适合实验测量。