【摘要】：多波長顯微干涉測量技術(shù)廣泛應(yīng)用于科研和工業(yè)中微納零件的表面形貌測量。但在PZT開環(huán)驅(qū)動產(chǎn)生相移的多波長干涉測量中,由于PZT的遲滯、蠕變特性和環(huán)境振動的影響,不同波長輪換時很難保證起始位置相同,起始位置不對齊將導(dǎo)致測量結(jié)果存在較大的誤差,從而不能保證測量精度。為此,本文提出一種PZT驅(qū)動的多波長顯微干涉起始位置對齊的方法,論文的主要研究內(nèi)容包括:首先,分析多波長干涉基本原理和PZT驅(qū)動特性,提出一種Z字形加微小電壓回退的PZT驅(qū)動方法。設(shè)計了多波長干涉系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),并分析了雙波長、多波長干涉測量原理及形貌高度的計算方法。在介紹PZT的遲滯、蠕變特性和開環(huán)、閉環(huán)控制特征的基礎(chǔ)上,分析了三種不同的相移驅(qū)動方式,并提出了一種Z字形加微小電壓回退的PZT驅(qū)動方法,該方法不但能克服PZT的蠕變滯后特性對測量精度的影響,還能提高相移效率。其次,提出一種多波長起始位置對齊方法。設(shè)計了一種高精度相位提取算法,在一系列干涉圖中選取相移相差近似為kπ+(π/2)+Δ的兩組像素點,再運用橢圓擬合和相位解包裹算法,得到每種波長的總驅(qū)動相移量和初相位。然后根據(jù)多波長的相移驅(qū)動起始和終止位置關(guān)系,將其它波長的起點位置移到與第一種波長的起始位置一致,實現(xiàn)多波長起始位置粗對齊。在粗對齊的基礎(chǔ)上,利用已經(jīng)對齊的初相位獲取0級干涉條紋并設(shè)計算法對起始位置的初相位進(jìn)行精對齊。然后,單波長相移驅(qū)動實驗及對齊精度分析。根據(jù)前面介紹的PZT三種相移驅(qū)動方式,設(shè)計不同的驅(qū)動電壓,將平面鏡作為被測對象進(jìn)行干涉測量實驗,采集干涉圖并根據(jù)前面的理論公式計算出三種驅(qū)動方式的測量精度,實驗結(jié)果表明Z字形加微小電壓回退驅(qū)動的方式,能夠縮短相移時間,提高對齊精度。最后,多波長干涉測量實驗及對齊精度分析。在分析白光源光譜特性的基礎(chǔ)上,選擇了三種不同帶寬的濾光片,并編寫了基于VC++的多波長相移驅(qū)動軟件,實現(xiàn)多波長的自動輪換并同步采集對應(yīng)的干涉圖像。實驗結(jié)果表明Z字形加微小電壓回退驅(qū)動的方式,能夠克服PZT驅(qū)動慣性,提出的對齊算法能夠保證不同波長起始位置的對齊誤差小于3.44nm。
【學(xué)位授予單位】：湖北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TH74
【圖文】：

針接觸法由于觸針與表面接觸容易劃傷表面，且逐點掃描使得測量三維表面需花費較長時間，使得這種方法難以應(yīng)用于表面質(zhì)量要求較高的樣品[1]。光學(xué)非接法應(yīng)用最多的是基于光學(xué)干涉原理，主要有單色光相移干涉法、白光垂直掃描涉和多波長干涉等幾種。單色光相移法利用激光作為單色光源，對于微觀形貌，常用顯微鏡將被測表的輪廓起伏轉(zhuǎn)換為放大了的平面干涉條紋，再利用相移法使干涉條紋產(chǎn)生相對形，然后通過測量干涉條紋的相對變形來間接完成表面輪廓的測量[2,3]�？傊�，色光相移干涉法測量精度高，但能準(zhǔn)確測量范圍不超過半波長。白光垂直掃描干涉法和多波長干涉法是擴展表面形貌測量范圍典型代表[4]。白垂直掃描干涉法以白光為光源，白光光源相干長度極短，只有在光程差(OPD)近于零時才會產(chǎn)生高對比度條紋[5-7]。與單波長移相干涉法相比，白光干涉法速較慢，因為需要記錄和計算的幀數(shù)較大。形貌高度方向的測量范圍理論上取決垂直掃描的驅(qū)動范圍，精度取決于零級條紋位置點的識別精度。文獻(xiàn)[8]基于nnik 型干涉顯微鏡研制了一種帶計量系統(tǒng)粗精兩級執(zhí)行機構(gòu)垂直掃描系統(tǒng)達(dá)到大驅(qū)動范圍目的。其原理圖如圖 1.1 所示：

的光強分布不相同，造成光源上各點對周圍的強度影響不相同，導(dǎo)致測的每個波長的環(huán)境條件不一致，影響實驗的測量結(jié)果。U. Paul Kumar 等光作為光源進(jìn)行顯微干涉測量，用彩色 CCD 相機來記錄干涉圖，并將 C RGB 三個通道的數(shù)據(jù)作為三個波長的光源[16]。其原理圖如圖 1.4 所示：

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前6條

1 劉江;王飛;王高文;高松濤;楊懷江;;免疫投影基準(zhǔn)光強變化的五步移相算法在條紋投影偏折法中的應(yīng)用[J];中國激光;2013年11期

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本文編號：2729563