表面微观形貌测量中相移干涉术的算法与实验研究

OPT OpenIR > 中国科学院西安光学精密机械研究所(2010年前)

	表面微观形貌测量中相移干涉术的算法与实验研究
	惠梅
学位类型	博士
导师	牛憨笨,李庆祥
	2001
学位授予单位	中国科学院西安光学精密机械研究所.
学位专业	物理电子学
关键词	相移干涉术相位提取算法相位去包囊算法微分相衬干涉
摘要	本文对表面微观形貌相移干涉测量技术开展了全面、系统的理论与实验研究工作。重点对相移干涉术算法，即相位提取算法和相位去包裹算法的理论进行了深入研究，在此基础上，提出和发展了6种相位提取算法和5种相位去包裹算法。在普通干涉显微镜的基础上，应用新提出和发展的算法编制的软件，进行了被测物体的相位计算以及截断位相的整体恢复，进一步提高了微观表面形貌的测量精度和测量可靠性、提高了测量系统的整体性能指标。在相位提取算法方面，本文提出和改进了以下六个对扰动和误差不敏感的相位提取算法，并给出了这些算法的理论推导和分析过程：(1)线性相移随机误差免疫四帧算法；(2)线性相移随机误差及光强信号二次谐波不敏感六帧算法；(3)对光强信号二次、三次、四次谐波不敏感算式；(4)对背景调制不敏感算法；(5)存在线性相移差时高次谐波不敏感算法；(6)基于Lissajous图的最小二乘拟合算法。经过实验验证，上述算法具有对误差源不敏感的特性，其中算法(3)对Ra的重复测量精度小于0.3 nm。与传统相位提取算法相比，新算法将重复测量精度提高了5倍以上。针对实际干涉图中噪声点、低调制度点、误差点所引起的相位去包裹的结果错误，本文发展了五个相位去包裹算法，来尽可能减少和避免这些情况的发生。文中对这些算法进行了详细的理论推导和分析：(1)基于参考位相阈值的相位去包裹算法；(2)基于一维离散余弦变换的相位去包裹算法；(3)基于相位跳变线估测的相位去包裹算法；(4)运用zemike多项式的相位去包裹算法；(5)基于理想平面拟合的相位去包裹算法；在论文的实验工作中，对测量过程中出现的相位截断现象，应用算法(2)和算法(3)解决了噪声包裹导致的相位突跳，恢复了物体表面形貌的连续性和真实性，并对算法(1)、算法算法(4)和算法(5)进行了计算机模拟验证，证明了它们对现实物体图象所存在噪声的处理是十分有效的。在论文的实验研究工作中，建立了微分相衬干涉显微测量系统；编写了一套测试软件、多个算法软件及多组数据处理软件；分析并解决了微观表而形貌测量中存在的一些技术难题；对测量系统进行了详细的误差和精度分析。测量结果表明，粗糙度测量精度为0.3nm；形貌高度测量精度为3.3nm；垂直分辨率为4.6nm；系统稳定性为3.5nm。
学科领域	物理电子学
页数	171
语种	中文
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.opt.ac.cn/handle/181661/12446
专题	中国科学院西安光学精密机械研究所(2010年前)
推荐引用方式 GB/T 7714	惠梅. 表面微观形貌测量中相移干涉术的算法与实验研究[D]. 中国科学院西安光学精密机械研究所.,2001.

条目包含的文件
文件名称/大小	文献类型	版本类型	开放类型	使用许可
LW006877.pdf（2749KB）			限制开放	--	请求全文