利用Mirau显微干涉仪测量微器件的纳米级运动

描述了一种用于微机电系统(MEMS)纳米级微运动测量的Mirau显微干涉系统.该系统利用商业化的Mirau显微干涉仪,它直接安装在光学显微镜上,用于测量一个表面微加工水平谐振器的三维运动.面内运动取决于亮场在最佳焦平面处的图像,而离面运动则取决于频闪得到的干涉图像,该图像在物镜纳米定位器的8个不同位置处得到.实验结果表明了系统进行面内和离面运动测量的纳米级分辨力.

基于双频激光干涉仪的显微模板精密测量

为了对光纤阵列测量的高精度显微模板进行精密检测,采用双频激光干涉仪结合显微视觉系统,通过骨架化、腐蚀法、质心法等算法对显微图像进行计算处理,实现模板特征刻线的提取与精确定位。对模板上8条刻度线之间的间距分别进行重复测量和组合测量,实验结果表明重复测量的标准偏差不大于0.07μm,组合测量的标准偏差不大于0.04μm。介绍了测量系统构成与工作原理,并对测量过程进行了精度分析,分析结果表明测量过程的极限误差不大于0.10μm。

基于改进型迈克尔逊干涉仪的定量相位显微技术

数字全息技术可以记录目标物体的相位,进行无标记成像。通过并行偏振像移全息技术与迈克尔逊干涉仪结合,利用偏振相机与波片改进同轴迈克尔逊式全息显微镜,实现了单帧定量复场成像,动态成像和显微成像。实验结果表明,该方法可以单帧恢复物体的复场信息,可以动态成像,并且对小鼠肝细胞进行无标记、无接触定量相位成像。

20^(×) Mirau型白光干涉显微物镜的设计

对于具有动态特性的MEMS陀螺仪表面形貌的检测,采用传统接触式检测方式难以实现。本文设计一款无限远场校正的20^(×) Mirau型白光干涉显微物镜成像系统,实现对MEMS陀螺仪无接触式的表面缺陷检测。系统工作于可见光波段,数值孔径NA=0.3,放大倍率为20倍,工作距离3.1 mm,总体长度为45.85 mm。系统包含光学成像部分和Mirau型干涉部分,光学成像部分的成像质量接近衍射极限,各项设计指标均满足要求;通过VirtualLab软件对干涉物镜进行光路的干涉仿真并得到清晰的干涉条纹,验证了设计的合理性。

基于单一分光棱镜干涉仪的双通路定量相位显微术

仅仅使用一个单独的分光棱镜(BS),实现了一种用于生物细胞三维成像的双通路定量相位显微术.不同于传统的使用方法,将BS倾斜放置,使中央半反射层与入射光光轴之间存在一个非常小的角度.这样基于BS的分光特性,经过BS后的透射光束和反射光束将会叠加在一起并形成干涉.调节样品位置,利用相机拍摄同时获得了存在π相移的双通路干涉图.这种离轴干涉模式,只需要记录单幅干涉图就可以获得真实的相位信息,方法结构简单,易于操作,适用于微小透明样品的三维形貌测量.

激光双光路显微干涉仪

本文介绍了一种激光显微干涉仪器，它的基本原理和结构是：借助沙敏干涉仅的结构，可得到等光程的双光路测量系统；采用He-Ne激光（TEM00模）做光源，为了能观察到微小光学材料或介质材料的光学性能，在等光程的一个光路中置入样品，则视场中将出现样品引起的干涉图案，此外，又设置了显微系统进行观察，必要时还可对图象摄影记录。

显微剪切干涉表面粗糙度轮廓测量

介绍一种显微剪切干涉仪 ,其基于剪切干涉是自干涉 ,因而具有相当的抗环境干扰和抗振动的特性 ,结合剪切干涉技术与显微干涉技术 ,实现制造环境下表面粗糙度精密测量。本文介绍了该显微剪切干涉仪的原理 ,给出了实验结果。

测量透明颗粒形状及变形的显微干涉系统

结合激光干涉及图像处理技术研究测量透明颗粒形状及监测其变形的光学系统 ;对共路偏光干涉仪进行改进 ,使之更好地测量由温度场变化引起的小试件变形 ;对柱及球形试件进行理论和数值分析及实验研究 .

光纤连接器端面的显微干涉测试系统

介绍了一种基于显微干涉的光纤连接器端面的测试系统,干涉仪由Mirau干涉物镜和镜筒透镜组成,CCD相机采集干涉图样,经处理后得到相位分布图.采用Carre相位提取算法,无需进行特定步长的相移.对光纤连接器端面的表面形貌、曲率半径、顶点偏移进行测量,测量系统的横向分辨率可达到0.9μm,重复性测量精度为9.5 nm.

软X射线谱学显微图像漂移的精确校正

上海光源软X射线谱学显微实验站(BL08U)新建成并投入使用,已实现30nm空间分辨的元素成像功能。由于机械精度和重复精度误差,不同能量扫描出的两幅或多幅图像位置会有一定量的漂移。在高分辨情况下图像漂移不仅给数据处理带来严重误差,导致分辨率下降,甚至产生错误,所以需对不同能量下的图像配准。硬件上用激光干涉仪对样品定位,并通过slope函数确定样品台移动的漂移规律,从而在移动样品过程中对位置动态校正。软件上发展一种新的基于图像分窗口相关性的数字图像自动配准方法,对采集到的两幅或多幅STXM图像配准,对每一子区的自动相关匹配来对整幅图像精确配准,在x和y方向配准精度可达小于1像素尺度(STXM目前的要求)。

红外显微图像的主成分分析方法研究

傅立叶变换红外显微成像技术诞生于上世纪九十年代中期，得益于焦平面阵列检测器和步进扫描干涉仪的发展，这一技术已在多个领域得到应用。一张红外显微图像由几百到几千张红外光谱图组成，通常对红外显微图像的分析主要是通过对某一特征吸收峰的峰高或峰面积来生成轮廓图（profile），而后对轮廓图的直观分析或者进行一些简单的统计处理，

白光干涉表面结构测量仪的优化设计与应用

为测量微机电系统的表面结构,研制了一种基于白光干涉法的表面结构测量仪。设计了显微干涉仪,通过实验分析了显微干涉仪关键设计参数中的光源带宽、物镜数值孔径、孔径光阑大小对垂直扫描白光显微干涉测量中干涉条纹光强分布的影响;设计了Z向一维位移工作台,提出了一种以显微干涉图像灰度值归一化标准方差为依据的白光干涉测量条纹自动搜索定位方法。相关实验结果为白光干涉表面结构测量仪的优化设计提供了参考依据。

大倍率干涉显微物镜的光学系统设计

干涉显微物镜是干涉测量显微镜的关键部件,在微纳表面三维形貌测量中应用广泛。设计了一款无限远共轭大倍率Mirau干涉显微物镜,其放大倍率为50×,数值孔径为0.5。基于系统长工作距的特性,干涉物镜采用反远距物镜结构。根据二级光谱理论,分析了干涉物镜的二级色差校正,合理选择了玻璃材料和初始结构。利用光学设计软件Code-V进行系统优化设计,设计结果表明,光学系统全视场范围内在800lp/mm处的调制传递函数大于0.3,其他各项指标满足设计要求。通过非序列模式建模对所设计的干涉物镜进行光线追迹,仿真分析得到清晰的牛顿环干涉图,结果验证了设计的合理性。

基于Mirau干涉结构的全场光学相干层析系统

基于Linnik结构的全场光学相干层析系统以高分辨率、深穿透性、无损非接触、数百万通道并行层析等优点被广泛应用于生物医学成像领域。在该系统中,参考臂和采样臂采用两个完全相同的显微物镜,二者的对准精度均为微米级,无法通过机械结构的约束使其满足成像条件。在不同的应用场景下成像时,需要同时更换两个物镜并需要重新调校,过程比较繁琐。在环境振动以及温湿度和结构应力变化的工况下,系统性能会降低甚至失效。针对上述问题,本课题组提出了基于Mirau干涉结构的全场光学相干层析系统,将参考臂和采样臂集成到一个方向上,同时,针对样品的折射率特性,在物镜结构中填充相应的介质进行折射率匹配。该系统性能稳定,并且可以随意切换倍率。采用该系统对非生物样本(PCB板)和生物样本(洋葱表皮和绿萝叶片)进行了成像实验,验证了该系统的可行性。

反射式同轴非相干数字全息显微成像系统研究

当前，数字全息显微主要采用相干性好的激光作为光源，对设备及环境条件要求较高，且会在全息图中引人大量的散斑噪声和寄生干涉条纹。基于非相干光照明下的数字全息可以很好地解决以上问题。采用非相干光作为光源，空间光调制器和CCD组成非相干干涉仪作为全息记录模块，从波动光学角度分析了该模块的记录及再现原理，给出了系统的点扩展函数、横向放大率和再现距离。采用该模块结合物镜搭建了反射式同轴非相干数字全息显微成像系统。利用该系统对分辨率板成像，获得与传统宽场光学显微镜相当的空间分辨率。对300～500μm单颗粒金刚钻进行全息拍摄，在不同平面实现了数字聚焦。结果表明，该系统可以快速获取微小物体的三维空间信息，在医学检测、材料分析等领域具有广阔的应用前景。

非相干同轴数字全息显微成像研究

采用非相干光作为光源,空间光调制器(SLM)和CCD组成非相干干涉仪作为全息记录模块,结合物镜搭建了非相干同轴数字全息显微成像系统。采用该系统对分辨率板成像,实现了512lp/mm的空间分辨率,并对系统放大率进行了标定。用草本植物茎横切细胞作为测试样品,完成了生物细胞显微观察实验,将数字全息显微术的应用范围从相干光扩展到了非相干光领域,推进非相干数字全息显微术的应用研究。

All-solid-state microscopic interferometer with frequency-variation and phase-shifting capability

A novel microscopic interferometry with ability of frequency-variation and phase-shifting is proposed for microstructures testing. By using acousto-optic technique, sequential carriers can be generated with different spatial frequencies so that the temporal phase unwrapping method can be applied for decoding the height information. Combined with phase-shifting technique realized by spatial light modulator, this method is especially suitable for interferometric measurement with high precision and large dynamic range.