1 铁道警察学院刑事科学技术系, 河南 郑州 450053山西大同大学微结构电磁功能材料山西省重点实验室, 山西 大同 037009
2 山西大同大学微结构电磁功能材料山西省重点实验室, 山西 大同 037009
3 同济大学物理科学与工程学院, 先进微结构材料教育部重点实验室, 上海 200092
超精密的微纳器件是制造领域的核心器件, 随着超精密加工技术的迅猛发展, 对相应的微纳检测技术要求越来越高。 微纳检测技术是保证超精密加工技术精确稳定的重要手段, 是超精密加工技术进一步发展的前提。 现有的微纳器件表面轮廓检测方法按是否使用光学原理可以分为光学类和非光学类, 非光学类检测通常为点扫描、 接触检测的方式, 检测效率低, 容易破坏待测器件的表面形貌。 光学类的检测方式多为面扫描, 非接触式测量, 不会划伤待测器件, 检测效率高。 在光学检测中, 白光干涉技术由于其相干长度短的特点, 可实现微纳器件三维形貌的高精度测量, 受到国内外研究人员的广泛关注。 在白光干涉检测技术中, 信号解调算法对整个检测系统至关重要, 传统的白光干涉信号解调算法只采用了干涉信号的部分信息, 解调精度较低, 而高精度的相移解调算法又依赖于粗定位的精度, 无法直接实现高精度的三维形貌恢复。 为了解决以上问题, 提出以相关度为基础的信号解调算法, 该算法通过三级滑动窗口计算相关度, 利用了白光干涉信号的全部信息, 无需粗定位, 就可直接确定待测物体的表面三维形貌信息。 为验证该算法的性能, 对其进行了模拟仿真和实验验证。 模拟仿真结果表明该方法具有可行性, 可准确恢复仿真待测三维结构形貌, 采用三级滑动窗的设置可有效提高运算效率。 同时, 搭建了白光干涉垂直扫描实验系统, 并对光栅结构和微透镜结构进行了测量, 将实验结果与传统的重心法和相移法进行了比较。 实验结果表明该方法能准确恢复出不同物体的三维形貌, 精度及鲁棒性均优于改进的重心法, 接近相移法, 光栅高度的恢复结果表明该方法与相移法的误差小于0.5 nm。 仿真和实验结果表明, 所提出的基于相关度的白光干涉信号解调方法是可行的, 无需粗定位便可实现待测物体表面三维形貌的高精度恢复, 具有高精度、 高鲁棒性的特点。
白光干涉 相关算法 三维形貌 White light interference Correlation algorithm Three-dimensional topography 光谱学与光谱分析
2023, 43(6): 1941
Author Affiliations
Abstract
Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), Division 6.1 Surface Analysis and Interfacial Chemistry, Unter den Eichen 44–46, D-12203 Berlin, Germany
Critical defects, also known as device killers, in wide bandgap semiconductors significantly affect the performance of power electronic devices. We used the methods imaging ellipsometry (IE) and white light interference microscopy (WLIM) in a hybrid optical metrology study for fast and non-destructive detection, classification, and characterisation of defects in 4H–SiC homoepitaxial layers on 4H–SiC substrates. Ellipsometry measurement results are confirmed by WLIM. They can be successfully applied for wafer characterisation already during production of SiC epilayers and for subsequent industrial quality control.
Imaging ellipsometry White light interference microscopy 4H–SiC Defects Journal of the European Optical Society-Rapid Publications
2023, 19(1): 2023018
重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室,重庆 400044
白光干涉型法布里-珀罗(F-P)传感技术能够实现间隙值的绝对测量。本文综述了基于白光干涉的光纤F-P传感技术领域的研究工作,重点阐述了高温高压极端环境下光纤F-P传感器及其解调技术的研究现状。目的是分析高温高压环境下基于光纤F-P传感技术的物理参数测量的原理与方法,实现基于白光干涉的光纤F-P传感技术的实用化和工程化。
法布里-珀罗 白光干涉 高温高压环境 激光与光电子学进展
2023, 60(11): 1106005
为实现对蓝宝石衬底加工过程的质量监控,开发了一套蓝宝石衬底表面形貌检测和评价专用系统。基于经典垂直扫描白光干涉技术,利用其干涉图像的波动性,采用图像十字截面的灰度值方差作为清晰度评价函数,以实现系统的自动对焦;参考国家标准GB/T 29505-2013推荐的衬底测量点数及其位置分布,针对不同尺寸的蓝宝石衬底,依据同一层单位圆相邻圆心的距离来增加相应的测量点数;选取了二维、三维粗糙度评价参数作为系统评价参数,并对多点位置的粗糙度做统计参数分析。用Ra为0.1,0.2,0.4,0.8 μm的标准件对系统进行误差补偿,得到误差补偿方程,之后,用商业仪器3D光学轮廓仪Zygo7300进行对比实验,对Ra为0.8 μm标准件的5个不同位置进行了对比测量,两者测量的Ra值的误差为-0.012~0.011 μm;误差补偿完成后,分别对2英寸和4英寸蓝宝石衬底进行测量和评价分析。实验结果表明:该测量系统的精度为纳米级,能够实现不同尺寸蓝宝石衬底表面形貌的测量与分析,以及表面质量分布的评价。
仪器科学与技术 蓝宝石衬底 表面形貌 白光干涉技术 检测与评价 instrument science and technology sapphire substrate surface topography white light interference technology measurement and evaluation 光学 精密工程
2021, 29(11): 2556
1 合肥工业大学 仪器科学与光电工程学院,安徽合肥230009
2 测量理论与精密仪器安徽省重点实验室,安徽合肥30009
对于高温下的视觉测量,如何降低高温构件本身发出的辐射以及热气流对图像质量的影响,在航空航天和汽车制造等领域具有重要意义。针对高温下复杂的光学成像环境,本文提出了一种基于单像素成像技术的高温构件图像采集方法,建立了高温构件单像素成像系统,分析了傅里叶单像素成像的工作原理及重建算法,根据高温物体的热辐射特性分析了其对单像素成像的影响及成像光谱范围。最后,对高温环境中的单像素成像进行了验证实验。实验结果表明:仅用30%的采样数据就可以对高温下的目标构件成像,且忽略了高温物体自身辐射光的强干扰。与传统CCD/CMOS的成像及边缘检测对比实验表明,本文的方法获取的图像特征更为清晰。该研究为单像素成像在高温构件工业领域的应用提供了一个潜在的发展方向。
单像素成像 高温 热辐射 光干扰 single-pixel imaging high temperature thermal radiation light interference
1 华南师范大学物理与电信工程学院广东省光电检测仪器工程研究中心, 广东 广州 510006
2 华南师范大学(清远)科技创新研究院, 广东 清远 511517
基于成像式光电容积脉搏波的非接触式心率测量方法受到环境光干扰会严重影响心率信号的辨别与提取,为了解决这个难点,提出了一种基于自寻优归一化最小均方误差算法的心率信号降噪方法。该方法可根据原始心率信号和背景信号中光线变化的趋势,在归一化最小均方自适应滤波器的基础上,通过最小均方误差自动地调整最优控制因子,最大化地去除拾取的图像中的光照干扰。通过与指夹式脉搏血氧仪实际测得的心率结果对比,在光强剧烈变化的条件下,两种方法测量得到的心率平均值的Pearson相关系数为0.95,平均绝对百分比误差为2.16%。本文方法极大地提高了成像式光电容积脉搏波对环境光的抗噪能力,大大提升了成像式光电容积脉搏波测量方法的实用性、可靠性和稳定性。
成像系统 成像式光电容积脉搏波 心率测量 光照干扰 归一化最小均方误差 自寻优算法 激光与光电子学进展
2021, 58(20): 2011004
Author Affiliations
Abstract
1 The Key Lab of In-Fiber Integrated Optics, Ministry Education of China, Harbin Engineering University, Harbin 150001, China
2 Photonics Research Center, School of Electronic Engineering and Automation, Guilin University of Electronics Technology, Guilin 541004, China
Optical fiber sensor networks (OFSNs) provide powerful tools for large-scale buildings or long-distance sensing, and they can realize distributed or quasi-distributed measurement of temperature, strain, and other physical quantities. This article provides some optical fiber sensor network technologies based on the white light interference technology. We discuss the key issues in the fiber white light interference network, including the topology structure of white light interferometric fiber sensor network, the node connection components, and evaluation of the maximum number of sensors in the network. A final comment about further development prospects of fiber sensor network is presented.
Optical fiber sensor white light interference optical fiber sensor network (OFSN) multiplexed sensing system Photonic Sensors
2021, 11(1): 31
1 中国民航大学工程技术训练中心国家级实验教学示范中心,天津 300300
2 天津工业大学电气与电子工程学院,天津 300387
采样噪声对白光干涉信号Fourier频谱的各个频率均有影响,选用合适的滤波方法进行滤波将有助于提高白光干涉信号信噪比并获得更加准确的解算结果。构建了特定能量比例条件下的能量最集中约束条件,并建立了选取带通滤波器的代价方程。实验给出了白光LED照明条件下代价方程的部分计算过程和结果,代价方程取得最小值时表面粗糙度测量标准差仅为0.02 nm。最后在所选参数条件下对银膜反射镜和台阶结构进行了测量,结果表明所提方法具有较好的测量重复性和分辨率。
傅里叶光学 白光干涉信号 Fourier变换 包络线 代价函数 激光与光电子学进展
2021, 58(9): 0907001