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论文全面描述了微表面形貌测量的各种方法,总结了干涉中的相位测量方法,分析了当前表面形貌测量的研究热点和方向。从白光相移显微干涉的原理出发,研制了一台可检测微表面形貌的立式Mirau白光相移干涉仪。干涉仪由光学干涉成像和照明系统,垂直方向的压电陶瓷PZT微位移系统,被测面两维扫描系统,图像采集和数据处理系统组成。建立了显微干涉系统的数学模型,推出了白光和单色光干涉的谱宽条件。研究了双波长测量和组合光源测量。采用无限筒长显微镜结构,优化设计了Mirau干涉物镜。平衡了干涉光强,研究了参考面的中心遮拦对系统性能的影响。照明光路采用反射式自准直结构。被测面通过电控平移台的运动实现被测面扫描,完成了步进电机的单片机串口控制电路。完成了LED恒流源驱动电路和机械结构的设计。研究了不同相移算法对PZT移相误差和探测器非线性误差的敏感性。研究了数值孔径效应并进行了校正。分析了干涉仪的横向,纵向的分辨率和测量范围,进行了光纤连接器端面的形貌测量,重复测量精度高于2纳米。工作中的主要创新点1.建立了显微干涉系统的数学模型,揭示了干涉条纹包络受数值孔径和光源光谱分布的影响。并结合研制的Mirau白光相移干涉仪,提出了仪器中白光干涉和单色光干涉的谱宽分界条件。2.进行了Mirau白光相移干涉系统的几何光学研究,优化设计了Mirau干涉物镜,用5种不同透射/反射率的分束板平衡了干涉光强,研究了参考面的中心遮拦对分辨本领,调制传递函数MTF,残余像差和有效数值孔径的影响,并推出了Mirau干涉中数值孔径校正因子公式。3.实现了白光相移干涉仪的三维扫描,孔径拼接,双波长测量和组合光源测量。被测面的两维电动扫描和竖直方向的压电陶瓷传感器PZT微位移系统构成了三维扫描,被测面利用孔径拼接技术扩大了测量范围。4.完成了立式Mirau白光相移干涉仪的仪器学研究,包括总体设计,组件安排,光学结构,机械结构,电路设计和软件设计,并进行了光纤连接器端面的形貌测量。