基于白光干涉技术的表面微观形貌测量方法

本文从测量原理和技术特性的角度出发,分析了扫描显微镜法、光学干涉法、激光散射法和共焦显微法等非接触测量方法的适用范围。同时,根据白光干涉法的干涉特性和工作原理,研究了其常用的信号处理算法、数据处理和参数评定过程,并对表面三维微观形貌、表面粗糙度、划痕深度进行测量与评价。实验证明:该方法在表面三维微观形貌精确测量中具有显著优势,且精度较高,可为其质量评定提供技术支撑。

早期胃癌和上皮内瘤变在放大内镜窄带成像技术下的表现

目的研究放大内镜窄带成像技术(ME-NBI)在早期胃癌和上皮内瘤变中的诊断效能,以及相关病变的ME-NBI下表现。方法回顾性分析131例早期胃癌和上皮内瘤变病例的临床资料。分析病变的ME-NBI下表现,比较ME-NBI和白光内镜(WLI)+活检两种方法在早期胃癌和上皮内瘤变中的诊断效能。研究不同程度病变的ME-NBI下表现。结果ME-NBI诊断早期胃癌、高级别上皮内瘤变(HGIN)和低级别上皮内瘤变(LGIN)的诊断准确率分别为77.96%、77.96%和77.96%;WLI+活检诊断以上病变的准确率分别为60.53%、58.47%和69.70%,两种检查方法诊断LGIN的准确率比较,差异无统计学意义(P>0.05),两种检查方法诊断早期胃癌和HGIN的准确率比较,差异有统计学意义(P<0.05)。在LGIN中,脑回样腺管出现率最高,为60.46%。乳头状腺管和绒毛状腺管在LGIN和早期胃癌中出现率较高,分别为57.14%和52.00%。结论ME-NBI诊断早期胃癌准确率较WLI+活检高。边界线在分化型早期胃癌和上皮内瘤变中有较高的敏感性。绒毛状和乳头状微腺管结构在早期胃癌中出现率更高。脑回状微腺管在LGIN中出现率明显高于其他病变组。

基于白光干涉的MEMS三维表面形貌测量

利用白光干涉垂直扫描原理,设计了测量微机电系统(MEMS)表面形貌特征的垂直扫描白光干涉系统.该系统由垂直扫描位移工作台驱动被测件,通过检测被测件表面的干涉条纹变化得到表面形貌.垂直扫描位移工作台利用压电陶瓷驱动柔性铰链结构进行纳米驱动,光栅传感器监控整个垂直扫描过程,对压电陶瓷的非线性误差进行实时补偿.垂直扫描位移工作台的性能分析表明:分辨率达到1 nm,定位精度小于10 nm.同时采用图像分析技术对光学仪器测量台阶出现的噪声进行了消噪处理,试验结果表明垂直扫描白光干涉系统能够实现MEMS三维表面形貌的高精度测量.

白光干涉仪中光源参数的优化选择

在白光干涉仪中,白光光源的参数决定了干涉条纹的分布,对中心条纹的识别精度产生直接影响。采用不同光谱形状的光源或改善光源的光谱形状可提高零级条纹的可见度,利用多个白光光源构成组合光源来改变光源的光谱形状是提高零级条纹可见度的有效方法。在提出组合光源参数优化设计方法的基础上,理论分析得出了双组合光源和三组合光源优化设计的简洁公式。计算机模拟及实验结果表明,经优化设计后组合光源产生的干涉图,其零级条纹可见度大大增加,更有利于提高系统的测量分辨率。

基于白光干涉的光纤环保偏能力温度稳定性研究

为了研究陀螺用光纤环保偏能力的温度稳定性,采用白光干涉仪测试了光纤环在-40~80℃范围内7个温度点的偏振耦合分布。从光纤双折射、整体偏振耦合幅值、局部大偏振耦合点三个方面对测试结果进行了分析。光纤双折射随环境温度的升高线性减小,80℃时光纤双折射相对于-40℃下降了13.73%,说明了温度越高光纤本身保偏能力越低。整体偏振耦合幅值表现出了以40℃为最低点的抛物线形温度分布,说明了绕环胶固化温度是影响光纤环在宽温域整体外应力的主要因素。分析了换层处的大耦合点偏振耦合幅值在低温下出现高低间隔分布的原因是光纤环与结构件的粘接胶采用高温固化方法造成的。三个方面的综合分析表明,环境温度与光纤拉丝温度的差值是影响光纤内应力的主要因素,绕环胶和粘接胶的固化温度是影响光纤外应力的主要因素。测试分析结果为后续优化光纤环的保偏能力温度稳定性提供了参考。

基于损伤程度量化评估的光学薄膜元件激光损伤阈值测量方法

光学薄膜元件是高功率激光器中的关键器件,其抗激光损伤的能力对整个激光系统的运行至关重要。精确测量薄膜元件激光诱导损伤阈值对提升激光器使用寿命与出光效率有着重要意义。提出一种新型激光损伤程度量化评估法,该方法对薄膜元件在不同能量密度下的激光损伤程度量化分析,通过损伤趋势拟合,评估激光损伤阈值。对激光损伤区域的量化采用图像超分辨白光显微干涉测量法,可实现纳米量级测量精度。通过仿真验证该测量方法可实现纳米量级损伤结构的三维重构,重构损伤区域误差小于0.01%。在实验部分,以激光谐振腔镜及窗口片为测试样品,无需大量重复性激光损伤实验,基于单片样品在一组不同能量密度激光束照射下产生的单次损伤结果实现测量,结果数据与S-on-1方法吻合,偏差小于0.5 J/cm^(2),两个样品多次测量结果的标准差分别为0.361 J/cm^(2)和0.064 J/cm^(2)。

幽门螺杆菌根除后发生胃癌的内镜征象及相关危险因素分析

目的采用白光成像技术(WLI)和联动成像技术(LCI)来研究根除幽门螺杆菌(HP)后发生胃癌的内镜征象及相关危险因素。方法回顾性分析2017年1月-2021年12月该院138例成功根除HP后至少1年,使用WLI和LCI模式行食管胃十二指肠镜检查(EGD)患者的临床资料。分为CA组(检测出胃癌,n=62)和NC组(未检测出胃癌,n=76)。观察两组患者分别在WLI和LCI模式下的8种内镜表现征象,通过多因素Logistic回归模型,分析根除HP后发生胃癌的相关危险因素。结果在WLI和LCI模式下行内镜检查,CA组出现中-重度胃黏膜萎缩和地图样发红的概率明显高于NC组(WLI:77.4%和60.5%,P=0.034;67.7%和36.8%,P=0.000;LCI:79.0%和60.5%,P=0.020;79.0%和43.4%,P=0.000),CA组出现胃内规则排列的集合小静脉(RAC)的概率明显低于NC组(WLI:45.2%和84.2%,P=0.000;LCI:40.3%和82.9%,P=0.000),两组其他5种内镜征象的出现概率比较,差异均无统计学意义(P>0.05)。多因素Logistic回归分析发现,地图样发红是根除HP后发生胃癌的独立危险因素(WLI:O^R=2.96,95%CI:1.36~6.45,P=0.006;LCI:O^R=4.87,95%CI:2.04~11.62,P=0.000),而RAC是根除HP后发生胃癌的保护性因素(WLI:O^R=0.16,95%CI:0.07~0.38,P=0.000;LCI:O^R=0.13,95%CI:0.06~0.32,P=0.000)。结论出现地图样发红和RAC缺失是根除HP后发生胃癌的独立危险因素。

基于白光干涉无重叠拼接的微结构表征方法

针对白光干涉技术(WLI)应用于大范围测量时图像重叠拼接会引入误差并降低测量效率这一缺欠,本文基于纳米测量机(NMM)提出了一种无重叠拼接的白光干涉测试方法。利用NMM的高精度定位能力,扩展了普通白光干涉仪的测量范围,实现了对微结构近4倍于CCD视场的大范围测量,验证了无重叠图像拼接的可实现性。

一种接触式大量程表面形貌测量仪

为了解工件加工表面的性能和监控表面形貌的形成工艺过程,需要对表面形貌进行精密的测量。用带有白光光源的Linnik干涉显微镜、一个杠杆机构、共基面x-y工作台和垂直扫描工作台共同组成一种接触式大量程表面形貌测量系统,该系统具有测量精度高、测量接触力小的特点,可对常用工件表面进行接触式大量程的测量。测量系统的垂直测量范围为5mm,分辨率小于1nm;x向和y向的水平测量范围为±25mm,分辨率为1.25μm。

基于白光倾斜扫描干涉术的微结构测量方法

针对白光垂直扫描干涉技术由于测试系统中物镜视场和移相器的行程限制,使其不能进行较大横向范围的测试。本文使用白光倾斜扫描干涉术代替垂直扫描,以扩展其横向测量范围,提高测试效率。基于纳米测量机(NMM)搭建了测试系统,由NMM代替传统的压电陶瓷(PZT)带动被测物体进行倾斜扫描。分析了倾斜扫描的测量原理,针对本系统提出了倾斜扫描的实现方法,通过对MEMS器件上台阶结构的测试说明本方法的有效性。

蓝宝石衬底表面形貌检测和评价系统

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0.1,0.2,0.4,0.8μm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0.8μm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-0.012~0.011μm;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。

蓝宝石衬底表面微观缺陷检测与深度估计

文中将线阵相机扫描技术与垂直扫描白光干涉技术相结合,对蓝宝石衬底表面的微缺陷进行定位和深度评估.首先,利用线阵相机测量设备进行全场扫描,获得全场图像;然后,通过提取质心坐标来检测微缺陷的位置坐标;最后,在白光干涉测量系统中重建微缺陷的三维形貌,识别缺陷类型,提取缺陷深度信息.结果表明:线阵相机测量系统扫描直径为10.16 cm的蓝宝石衬底表面只需10 s左右,而白光干涉测量系统检测一个微缺陷大约需要76 s,检测到的最深缺陷深度为7.09μm,共发现13个缺陷(10个凹坑和3个裂纹或划痕)并定位在蓝宝石衬底表面.实验结果表明:该方法能准确定位蓝宝石衬底表面的微缺陷并提取其深度.

针对曲面光学元件的五轴表面形貌测量系统结构参数标定

针对曲面光学元件的表面形貌测量,将自研扫描白光干涉测头集成到Moore五轴运动平台上构建了一套五轴白光干涉测量系统。为了实现自动化测量,研究了该系统的运动学模型并解得逆运动学方程组。对于逆运动学方程组中的未知参数,提出一种使用已知表达式的高精度非球面标定件的标定方法。最后进行了标定精度验证实验,结果表明,自动调焦调平后实际对焦点坐标与理论对焦点坐标误差不超过±3μm,满足测头的测量需求,能够对曲面光学元件表面形貌进行自动化测量。