作者单位
摘要
南京理工大学电子工程与光电技术学院,江苏 南京 210094
由于白光干涉测量技术易受环境振动而产生干扰,提出了一种基于非均匀快速傅里叶变换(NUFFT)的抗振动白光干涉测量方法。该方法将白光干涉测量光路分为两个成像通道,首先通过准单色光干涉图求解移相间隔,通过移相间隔以及NUFFT算法对白光干涉图进行校正,最后利用校正的白光干涉图和七步移相算法复原出待测物体的三维形貌,实验结果表明,所提方法具有良好的抗振动性能。
测量 形貌测量 白光干涉 抗振动 非均匀快速傅里叶变换 
光学学报
2024, 44(4): 0412006
作者单位
摘要
1 西安交通大学 机械工程学院,西安 710049
2 西安恩科微纳光电科技有限公司,西安 710077
3 麦克奥迪实业集团有限公司,厦门 361006
4 陕西省计量科学研究院 国家市场监管重点实验室(计量光学及应用),西安 710100
基于国产化的2倍迈克尔逊型干涉物镜组,优选配置0.5倍适配镜,对白光LED照明光源进行带通滤波参数的仿真估算和实验性能比较,构建了整套大视场白光干涉精密测量装置系统并进行了实验测试,通过白光干涉轴向响应实验曲线确定了中心波长。实验结果表明:通过光谱滤波获得了较为理想的白光干涉轴向响应曲线;系统的水平最大视场达到了14 mm;高度为2.04 μm和20.43 μm的标准台阶样品的测量结果分别为2.05 μm和20.47 μm,10次测量重复精度(标准差)分别为12 nm和16 nm。对粗糙度样板、微机电系统传感结构和半导体晶圆膜层进行了实测,表明所研制的系统装置在三维光学无损精密检测领域的应用具有可行性。
白光干涉 三维测量 大视场 滤波 半导体检测 White light interferometry 3D measurement Large field-of-view Filtering Semiconductor inspection 
光子学报
2024, 53(1): 0112003
作者单位
摘要
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
邢伦 1,2桑梅 1,2,*石珍曼 1,2王双 1,2刘铁根 1,2
作者单位
摘要
1 天津大学 精密仪器与光电子工程学院,天津 300072
2 天津大学 光电信息技术教育部重点实验室,天津 300072
垂直扫描白光干涉法(VSWLI)是一种非接触式三维表面轮廓测量方法。蝙蝠翼作为VSWLI当中一种固有的缺陷,尤其在被测样品的台阶高度小于光源的相干长度时,台阶边缘处的蝙蝠翼尤为显著。相移干涉法不存在这种缺陷,但是存在相位模糊的问题。提出一种将Carré等步长相移算法与快速傅里叶变换(FFT)相干峰值检测技术相结合的白光干涉解调算法。该算法基于逐次变分模态分解(SVMD)与Hausdorff 距离(HD)联合去噪。分别以高度为500 nm和1 200 nm的连续台阶器件和高度为10 μm的标准台阶作为测试样品,进行实验测量验证。所提出的算法能够有效地抑制台阶高度跳变处的蝙蝠翼,克服相位模糊问题。
垂直扫描白光干涉 相移干涉法 逐次变分模态分解 蝙蝠翼 相位模糊 vertical-scanning white light interferometry phase-shifting interferometry successive variational mode decomposition batwings phase ambiguity 
应用光学
2023, 44(4): 816
作者单位
摘要
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
陈浩博 1,2张力伟 1,2孙文卿 1,2,*陈宝华 1,2[ ... ]吴泉英 1,2
作者单位
摘要
1 苏州科技大学 物理科学与技术学院, 江苏 苏州 215009
2 江苏省微纳热流技术与能源应用重点实验室, 江苏 苏州 215009
为了解决白光干涉相位求解问题,实现微观形貌的高度测量,提出了基于主成分分析(Principal Component Analysis,PCA)的白光干涉(White Light Interferometry,WLI)微观形貌测量算法。通过搭建的白光干涉显微系统采集多幅干涉图,将其重构成向量形式。在一组干涉图中,用时间平均值来估计背景照明,消除背景光成分。然后,通过矩阵运算得到代表原始数据的特征值及其特征向量。最后,通过反正切函数计算物体的包裹相位分布。实验结果表明,本文所提方法对于标定高度为956.05 nm的台阶测量结果为953.66 nm,且可以获得与迭代算法近似的解,而本文所提方法与迭代算法相比,处理速度提高了2个数量级。利用本文方法分析了表面粗糙度为0.025 µm样块的干涉条纹。结果显示:计算得到的表面粗糙度均值为24.83 nm,标准差为0.3831 nm。本文提出的方法解决了单色光干涉测量中的不足,还具有计算简单、速度快及精度高等优势。
光学测量 白光干涉 主成分分析 微观形貌测量 optical testing white light interferometry principal component analysis micro topography measurement 
中国光学
2023, 16(3): 637
苏榕 1,*刘嘉宇 1,2乔潇悦 1,3简振雄 1,2[ ... ]朱利民 2
作者单位
摘要
1 中国科学院上海光学精密机械研究所精密光学制造与检测中心,上海 201800
2 上海交通大学机械与动力工程学院,上海 200240
3 中国科学院上海光学精密机械研究所,中国-俄罗斯“一带一路”激光科学联合实验室,上海 201800
4 上海理工大学光电信息与计算机工程学院,上海 200093
扫描白光干涉术是目前最精确的表面形貌测量技术之一,被广泛应用于工业与科研领域。从发明至今的三十余年间,在精密光学、半导体、汽车及航天等先进制造领域的需求牵引下,该技术不断取得新的进展与突破。本文从技术应用、方法和算法创新、系统设计、理论模型、校准与误差补偿等方面,总结了过去二十年扫描白光干涉技术的重要进展,对该领域进一步发展提出了展望。
测量 白光干涉 表面形貌 计量学 光学成像 干涉显微术 先进制造 
激光与光电子学进展
2023, 60(3): 0312005
常庄 1,2江毅 1,*
作者单位
摘要
1 北京理工大学 光电学院,北京 100081
2 信息光子技术工业和信息化部重点实验室,北京 100081
介绍了一种基于光纤白光干涉测量技术和现场可编程门阵列的多通道高速外腔式法珀干涉型传感器解调系统。该系统由一个半导体光放大器和一个光纤法珀可调谐滤波器来制作一个高速波长扫描光纤激光器,通过对称三角波技术驱动可调谐法珀滤波器产生扫描频率为1 kHz的扫频光谱。用FPGA实现EFPI传感器的高速信号解调。该系统实现了4通道每个通道2 kHz的EFPI传感器高速解调。
外腔式法珀干涉仪 光纤传感器 高速白光干涉测量 现场可编程门阵列 信号高速解调 Extrinsic Fabry-Perot interferometers Optical fiber sensors High-speed white-light interferometric interrogation system Field Programmable Gate Array(FPGA) Signal high-speed demodulation 
光子学报
2022, 51(11): 1106004
作者单位
摘要
1 福建省光传输与变换重点实验室,华侨大学信息科学与工程学院,福建 厦门 361021
2 华侨大学工学院,福建 泉州 362021
白光扫描干涉测量中,频域分析(FDA)方法通过波数域的相位解包裹和线性拟合得到斜率来计算物体表面形貌,干涉仪中的振动噪声和背景噪声会给斜率测量带来误差,从而影响FDA方法的测量精度。研究发现,波数域相位线性拟合后的常数项能够有效补偿噪声对FDA方法的影响,波数域相位补偿(PCWD)方法通过对波数域的线性相位作傅里叶逆变换,得到空域的振幅和相位分布,以距离振幅最高点最近的相位零点测量光滑反射镜表面形貌。仿真结果表明:存在振动噪声时,PCWD方法有90%的概率补偿FDA测量结果中平均8.9 nm的误差,也有10%的概率给FDA测量结果额外引入平均1.9 nm的误差;存在背景噪声时,FDA与PCWD方法的平均测量误差分别为4.5 nm和0.6 nm。实验结果表明:FDA方法测量的反射镜表面结构的起伏小于25 nm,重复率为7.4 nm;PCWD方法测量的反射镜表面结构的起伏小于4 nm,重复率为1.1 nm。综上所述,PCWD方法在FDA方法的基础上进一步提升了测量精度。
测量 白光干涉 表面检测 相位补偿 噪声抑制 
中国激光
2022, 49(11): 1104002
作者单位
摘要
南京理工大学电子工程与光电技术学院, 江苏 南京 210094
针对激光惯性约束聚变实验中的靶丸等微球表面缺陷的真实高度测量问题,为解决现有测量方法存在的缺陷跃变处2π整数倍相位缺失问题,提出一种基于垂直扫描白光干涉技术的零位显微干涉测量方法。该方法采用白光球面零位干涉思想,通过垂直扫描球面干涉获取全视场白光干涉图,然后运用七步移相算法及蝙蝠翼校正算法实现靶丸表面缺陷的形貌计算,最后将白光干涉测量法与激光干涉测量法进行对比实验。结果表明,白光干涉法能够有效解决激光干涉法在缺陷跃变处的2π整数倍相位缺失问题,实现靶丸表面缺陷的真实高度测量,从而扩展靶丸类微球表面缺陷的测量范围。
测量 白光干涉 球面零位干涉 表面缺陷 蝙蝠翼校正算法 
光学学报
2022, 42(10): 1012004

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