具有F-P标准具照明系统的白光干涉仪测量量块的测量不确定度分析

文献[1]F-P标准具用于量块量值的传递与溯源一文(中国测试技术2012年增刊第2期54-58页)介绍具有F-P标准具的白光干涉仪检定量块的光学原理及其结构,以及检定F-P标准具的等倾干涉的原理。而进一步对具有F-P标准具的白光干涉仪检定量块的测量不确定度的分析,则由本文完成。该文首先对F-P标准具的检定及其测量不确定度就行了分析。量块尺寸在白光干涉仪上与标准具作比较测量。为减少标准具的数量,量块尺寸可以与两块或三块标准具组成的尺寸进行比较,也可以是由一块尺寸较小的标准具经过光学倍增法实现与被检量块尺寸相同进行比较。例如80mm的量块用40mm的标准具进行比较,这时在量块上的光路在标准具中多一次反射达到;90mm量块则用30mm标准具进行比较。他们也可以由两块标准具组成的尺寸进行比较。分析时以倍增法测量误差最大,以其进行计算。充分证明具有F-P标准具的白光干涉仪完全满足检定1等量块的要求。通过文献[1]及本文的介绍,映证该技术可以实现普及1等量块的检定及量块的自动化检定,特别适用于量块生产厂00级、K级、0级量块的自动化检定。

光纤型白光干涉仪光程差的超分辨率识别

提出了一种白光干涉仪干涉信号超分辨率识别的方法。白光干涉信号之间的光程差小于相干长度(通常为50μm)时会发生叠加,叠加导致信号形状发生畸变无法区分。首先从理论研究推导出重叠引起的干涉信号面积变化大小与光程差之间的关系,然后利用重叠导致的面积变化推导出信号真实的光程差从而到达超分辨率识别的目的。实验设计制造并识别了光程差为15μm左右的干涉信号,证明了该方法具有提升3倍分辨率的可行性。将有利于提高光程差绝对测量的分辨率。

白光干涉仪在测量中的常见问题及解决方式

白光干涉仪广泛应用于各类微纳米台阶高度、微观表面形貌以及表面粗糙度测量。本文从外部使用环境、被测件表面、仪器自身参数设置、设备维护等几个方面,分析可能引起白光干涉仪测量结果不准确的原因,并结合使用情况,提出相应的建议,从而提高测量结果准确性。

白光干涉仪中多波长值的优化选择

本文分析了白光干涉仪中多波长值的选择对条纹可见度尤其是对零级条纹附近可见度的影响，给出了使用相干长度都较短的两个和三个波长组成的光源情况下波长值优化选择的原则及其数值模拟的例子．本文的结果可用于白光干涉仪的优化设计．

Linnik白光干涉仪自动对焦及光程差最小化

众所周知由于两个干涉臂光路不匹配和参考镜面与被测表面的离焦,要得到相干长度非常短的Linnik白光干涉仪的干涉条纹是非常困难的。本文提出了一种自动调节的方法来解决这个问题。为了实现参考镜面和被测表面的对焦,在商用DVD读取头的基础上,对其像散法进行改进,具体方法是对和信号SS设定一个阈值,通过此阈值对归一化后的FES曲线(NFES)进行裁剪,从而获得一个与离焦距离成单调关系的曲线(TNFES),其过零点对应的就是焦点。经过实验证明,改进后的自动对焦系统的动态范围为190?m,平均灵敏度70mV/?m,平均标准偏差0.041?m,分辨率4.4nm,不确定度55nm。此外为了最小化两个干涉臂的光程差,本文采用均方根RMSFC算法来计算成像在CCD上的干涉条纹的对比度,通过找到其最大值来最小化光程差。实验证明本文提出的自动方法可以有效地获得Linnik白光干涉仪的干涉条纹。

白光干涉仪传递函数的成因分析及其非线性研究

为提高光学表面的功率谱密度检测精度,研究了白光干涉仪仪器传递函数(ITF)的产生机理和标定方法。将白光干涉仪作为非相干成像系统,对正弦表面干涉光强进行Bessel函数展开,通过干涉光强的频谱强度变化研究白光干涉仪对正弦表面高度的作用机理,利用数值仿真计算了白光干涉仪对正弦表面的衰减程度。采用30、80、120 nm高度的台阶标准板对商品白光干涉仪的传递函数进行标定,并提出了一种可靠的ITF计算方法。理论分析、数值仿真和实验结果表明:ITF随表面高度的增加而增大,此时白光干涉仪对表面高度的响应表现出明显的非线性;表面高度小于λ/10得到的ITF曲线与白光干涉仪光学系统调制传递函数非常接近,白光干涉仪对表面高度的响应接近线性。文中对于白光干涉仪频域传递特性研究和光学表面功率谱密度检测具有重要意义。

使用光纤白光干涉仪测一维形变实验

光纤白光干涉仪是使用波长为1310 nm的半导体发光二极管的相位调制型光纤传感器,可用于压力、温度和应变的测量.本文介绍了光纤白光干涉仪的工作原理,设计了一维形变实验.

基于光谱型白光干涉仪的绝对距离测试研究

采用微型光纤光谱仪记录宽波段(450～900nm)下的光谱干涉图,提出一种解包络线的方法来提取相位主值,同时由总光程差与棱镜折射率成正比的关系进行相位解包裹.由线性关系的斜率和截距分别求解得到棱镜的等效厚度和两参考镜之间的绝对距离.利用该方法测试了参考镜在不同位置处的距离,结果与千分尺数值之间的偏差小于1%,同时获得了99.9%的线性度.还测试了BK7玻璃的厚度,与其他方法相比,其精度达0.21%.分析了影响测试精度的因素,并对测距范围进行了讨论.

应用多模干涉器件的白光干涉仪研究

基于因光纤通信发展而研制的多模干涉器件的原理和特点 ,提出一种结合多模干涉器件的白光干涉仪 ,并讨论了其典型应用。与微机械技术相结合 。

白光干涉仪位移测量的光纤遥传

本文论述了应用由光纤串接的双白光干涉仪实现干涉信息遥传的原理、实验装置和结果.实验分别在700μm 和6μm 的测量范围内得到±0.6μm 和0.04μm 的位置量遥测精度,将这一方法应用于甲烷气体浓度遥测,其测量精度为0.11%.为实现测量自动化,装置采用微机控制扫描搜索白光干涉条纹极值的方法,实现了白光零级干涉条纹的自动识别与瞄准,其重复精度达0.01μm.

基于白光干涉仪对卷烟包装材料外观质量的评价

目的 建立评价卷烟包装材料外观质量的检测方法,用于对卷烟包装材料的表面印刷适用性进行预判,以提高印刷效率。方法 以水雾面积作为对卷烟包装材料外观质量的主要评价对象,筛选卷烟包装材料印刷面的表观特性。对烟标表面粗糙度、平滑度、亮度、摩擦因数、粗糙度、表面形貌与水雾面积的相关性进行分析。结果 卷烟包装材料外观质量(水雾面积)与粗糙度、亮度等参数相关,与平滑度、摩擦因数等参数不直接相关。在433~818 nm的微观粗糙度内,水雾面积随着粗糙度的增加逐渐减小,当微观粗糙度大于818 nm时,水雾现象不存在。结论 基于白光干涉仪的微观粗糙度可作为卷烟包装材料外观质量(水雾现象)的定量和定性评价指标,该方法为解决烟包印刷行业的水雾问题提供了有益的理论支持。

一种带有F-P标准具测量量块的白光干涉仪信号仿真

目的:介绍了一种带有标准具测量量块的白光干涉仪。它可以将量块长度通过标准具间隔长度直接溯源至波长基准,能够利用一个标准具的光学倍乘特性实现多种尺寸量块的直接测量。方法:利用matlab平台模拟仿真研究了这种干涉仪的干涉信号,利用万工显对干涉信号进行了测量。结果:测量表明此新型量块测量的干涉仪中两条零级黑条纹之间的错位精度可以达到小于百分之一个干涉条纹,即小于3 nm以内。结论:本文的研究为量块的精确测量提供了崭新的技术手段。

原子力显微镜和白光干涉仪在表面材料测试中的应用研究

目的验证原子力显微镜和白光干涉仪分别在表面材料测试中的分辨率及其在不同类型表面材料测试中的适用性。方法分别采用原子力显微镜和白光干涉仪,对不同厚度级别的ZnO薄膜、石墨烯、磨斑等几种不同类型的表面材料进行了具体的测试研究。结果白光干涉仪10×镜头和50×镜头及原子力显微镜皆可以准确地测试百纳米级别的ZnO薄膜厚度,测得的膜厚分别为148.668、123.354、111.648 nm。原子力显微镜也可以准确地测出十纳米级别的ZnO薄膜厚度,测得的膜厚仅为6.152 nm,而白光干涉仪则不能测试出十纳米级别的ZnO薄膜厚度。原子力显微镜可以准确地测试出石墨烯片的大小、厚度和层数等三维数据,测得的厚度为0.665 nm左右,层数为单层或双层,而白光干涉仪则没有如此高的分辨率。白光干涉仪可以准确地测试出磨斑的宽度、深度等三维数据,测得的磨斑深度为4.245μm,而原子力显微镜则不适合测试表面如此粗糙的样品。结论原子力显微镜适合于测试相对光滑的表面材料的三维形貌和数据,如测试十纳米级别以上的薄膜厚度、超薄石墨烯片厚度和层数。白光干涉仪则适合于测试相对粗糙的表面材料的三维形貌和数据,如测试百纳米级别以上的薄膜厚度、微米级别磨痕深度等。

砂轮测量用白光干涉仪三维运动机台设计

为了实现对工件表面质量进行预测和控制,对砂轮表面的三维形貌测量、表征和评价就显得尤为重要.设计了一款砂轮检测用白光垂直扫描干涉仪三维运动机台,主要分为XY向位移平台部分、砂轮旋转定位部分、桥式立柱部分以及含有柔性铰链的Z向微位移系统部分,通过有限元静动力学分析优化机台结构,使其满足使用要求.实现XY向位移平台单脉冲步长0.3125μm,Z向精级机构行程15μm,精度0.03μm.

基于白光干涉仪的轴尖表面粗糙度检测技术研究

针对轴尖微小球面表面粗糙度的检测难题,开发了基于Taylor CCI白光干涉仪的检测技术。以VLSI 18nm台阶高度标准片对仪器进行针对性的高度测量校准,并以专门制备的R_a12nm多刻线样板进行粗糙度测量精度验证,在此过程中同时对仪器的工作参数进行优化调整,包括采用二阶多项式算法去除表面形状对测量结果的影响等。实测数据和测量不确定度分析的结果证明达到了不确定度R_a2nm的精度水平,实现了轴尖表面粗糙度的准确测量。

垂直扫描白光干涉仪用柔性铰链的设计及应用

根据垂直扫描白光干涉仪的结构参数,设计了其系统中微位移定位机构的柔性铰链,并应用Ansys对其性能进行有限元分析。分析结果显示,该柔性铰链的性能能够满足垂直扫描白光干涉仪的工作要求。

基于白光干涉仪的微小齿轮高精度测量方法

实现精密测量的前提在于被测物理量的准确获取,目前高精度且昂贵的数控齿轮测量仪器得到普遍应用。然而模数小于0.1mm、直径小于1mm的微型齿轮由于齿槽宽度过小,传统的接触式测量手段无法测量完整齿廓。光学测量手段也因轮齿遮挡和齿面倾角的限制存在无法获取齿根数据的问题。针对此现状,提出了一种基于白光干涉测量原理的微小齿轮高精度测量方法。根据干涉图样的出现顺序实现对微小齿轮端面倾斜程度的实时监测,确保了齿轮轮廓的提取精度;基于齿轮端面三维点云数据确定齿轮中心,有效提升了齿轮定心精度。重点介绍了面向微小齿轮的白光干涉测量原理、端面调平模型以及齿轮误差计算方法。试验结果表明,该方法能够实现对微小齿轮的高精度测量,为解决微小齿轮的精密测量提供了有效手段。

基于白光干涉的三维表面形貌拼接方法研究

白光干涉测量技术由于具有非接触、无损伤、量程大、精度高和灵敏度高等特点,被应用于微纳米结构三维表面形貌测量中,但存在受限于显微物镜视场限制测量范围问题。提出了一种可以有效提高测量范围的三维表面形貌拼接方法。通过对多次采集的小范围高分辨率白光干涉图样进行域划分,采用三维形貌数据拼接配准方法,利用模板匹配算法对图像的二值化矩阵进行匹配计算,实现了待测元件的表面形貌的有效表征。研究发现,当采用不同的图像拼接方式即上下拼接、左右拼接和2&2拼接方式时,图像拼接效果有一定差异,其准确度和产生的误差不同。三种拼接方式中,2&2拼接方式能够有效减小操作误差,实现大范围和高分辨干涉图样拼接,在白光干涉三维形貌表征中具有广阔应用前景。

数字化白光扫描干涉仪的研究

研究并设计实现了微形貌测量白光扫描干涉仪系统和光纤偏振耦合点监测白光扫描干涉仪系统。前者采用Mirau相移干涉形式,用压电陶瓷传感器PZT作移项器,主要用于微形貌测量,精度可达nm量级。后者采用光路补偿白光Michelson干涉形式,用格兰棱镜对偏振态进行调整控制,用移动参考臂来补偿由于耦合点所造成的光程差,光纤寄生偏振耦合测试仪的空间分辨率达到50mm,测量范围达到1km,探测灵敏度不小于-80dB(耦合模式与主模式的功率比)。

白光扫描干涉仪用于保偏光纤偏振耦合检测

采用白光扫描干涉法,利用Michelson干涉仪中移动臂的移动补偿保偏光纤中产生的光程差,从而实现对保偏光纤绕组中偏振耦合点的耦合强度及空间位置分布的有效检测。分析了白光干涉仪的原理、结构以及干涉条纹特点,进行了保偏光纤环的扫描测量。结果表明,第一个保偏光纤环的质量优于其他各环,证明了仪器设计理论和实验结果相符。