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基于数字全息显微技术的光聚合物折射率测量

应用科学学报 2022年第2期40卷 179-189页

作者：李伟霞黄素娟闫成夏胜利尹伟豪上海大学特种光纤与光接入网重点实验室上海200444 上海大学特种光纤与先进通信国际合作联合实验室上海200444

提出了一种基于数字全息显微技术(digital holographic microscopy,DHM)的光聚合物折射率测量方法。采用马赫-曾德尔离轴干涉系统记录光聚合物的数字全息图,用混合重建算法提取高精度的相位分布。结合光学轮廓仪测量的光聚合物的形貌分... 详细信息

提出了一种基于数字全息显微技术(digital holographic microscopy,DHM)的光聚合物折射率测量方法。采用马赫-曾德尔离轴干涉系统记录光聚合物的数字全息图,用混合重建算法提取高精度的相位分布。结合光学轮廓仪测量的光聚合物的形貌分布,通过图像配准得到光聚合物的折射率分布。定量分析了光聚合物在紫外固化过程中的折射率变化,利用DHM获取光聚合物的动态相位分布,进而得到光聚合物的动态折射率分布,绘制了平均折射率随曝光时间的变化曲线。该方法可用于揭示微光学元件的光学性能,以设计高质量微光学系统。

关键词：数字全息显微技术全息图相位提取光聚合物折射率紫外固化过程

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低空间频率干涉条纹的载频计算方法

光学学报 2023年

作者：张喆郑东晖陈磊李金鹏中科院南京耐尔思光电仪器有限公司南京理工大学电子工程与光电技术学院

干涉条纹的载频参数求解在干涉测量中具有重要意义，其可用于移相器件标定、相位提取、回程误差校正等诸多方向。为此本文提出了一种可用于低空间频率干涉条纹的载频计算方法。该方法构建了载频干涉条纹的近似模型，实现了载频参数的线... 详细信息

干涉条纹的载频参数求解在干涉测量中具有重要意义，其可用于移相器件标定、相位提取、回程误差校正等诸多方向。为此本文提出了一种可用于低空间频率干涉条纹的载频计算方法。该方法构建了载频干涉条纹的近似模型，实现了载频参数的线性迭代求解方法。仿真表明，该方法适用于多种情况，即使干涉图背景分布不均，也可准确计算载频，误差最大优于0.01λ，最小可达0.002λ。将本文方法求得的载频参数用于移相干涉中，相位均方根误差可达0.0002λ。实验中，本文方法与移相法相比，载频误差小于0.007λ，将求得的载频用于移相干涉时，相位无明显纹波。本文为低空间频率的干涉条纹提供了一种新的载频计算方法，可广泛用于干涉测量领域的各个方面。

关键词：干涉测量载频计算相位提取迭代法

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FFT动态相位重建算法的滤波窗影响分析

应用光学 2020年第1期41卷 163-169页

作者：陈瑜潘永强刘丙才田爱玲西安工业大学光电工程学院陕西省薄膜技术与光学检测重点实验室

为了优化相位重建算法,针对波面干涉图的傅里叶频谱,分析了不同滤波窗口的分布特征和频谱响应,通过计算机仿真和实验测试,确定了FFT动态相位重建算法的最佳滤波窗口类型。其中处理仿真干涉图重建的波面与原始波面的波面峰谷值残差为0.0... 详细信息

为了优化相位重建算法,针对波面干涉图的傅里叶频谱,分析了不同滤波窗口的分布特征和频谱响应,通过计算机仿真和实验测试,确定了FFT动态相位重建算法的最佳滤波窗口类型。其中处理仿真干涉图重建的波面与原始波面的波面峰谷值残差为0.0085λ,波面均方根值残差为0.0001λ;处理实验干涉图获得的波面与移相干涉测量法获得的波面峰谷值残差为0.0093λ,波面均方根值残差为0.0005λ。结果表明:选取Hamming窗进行滤波处理并重建的相位经拟合后得到的波面较参考波面的面形残差最小,相位重建精度优于0.01λ,可进一步应用于大口径光学元件的测量中。

关键词：光学元件傅里叶变换相位提取移相干涉图

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四波前横向剪切干涉仪的关键技术研究

光学学报 2023年第15期43卷 245-255页

作者：刘克张孝天钟慧何飞刘书豪李艳秋北京理工大学光电学院光电成像技术与系统教育部重点实验室北京100081

四波前横向剪切干涉(QWLSI)是一种精度高、动态范围大、分辨率高、抗干扰能力强的瞬态波前检测技术。本文结合国内外相关研究工作,重点阐述了本课题组在分束器件设计、多方向横向剪切干涉图处理、测量误差校准等QWLSI的关键技术研究方... 详细信息

四波前横向剪切干涉(QWLSI)是一种精度高、动态范围大、分辨率高、抗干扰能力强的瞬态波前检测技术。本文结合国内外相关研究工作,重点阐述了本课题组在分束器件设计、多方向横向剪切干涉图处理、测量误差校准等QWLSI的关键技术研究方面取得的进展。以关键技术研究为基础,本课题组开发了QWLSI的原理装置,其绝对测量精度(RMS)达到0.0038λ(2.4 nm,λ=635 nm),重复测量精度(RMS)达到0.0004λ(0.25 nm,λ=635 nm)。QWLSI与商品化的夏克-哈特曼波前传感器的对比实验结果表明,两种仪器对含有第4~36项单项Zernike像差入射波前的测量结果基本一致。

关键词：光学检测剪切干涉衍射光栅相位提取波前重建误差校准

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随机步长光栅投影干涉图极值特征相位解算

半导体光电 2022年第5期43卷 942-948页

作者：毛露露梁利利梁继允咸阳师范学院实验实训中心陕西咸阳712000 中国电子技术标准化研究院北京100007 深圳赛西信息技术有限公司广东深圳518000

针对传统移相干涉测量中需要多帧干涉图,对测量设备稳定性要求高,相位提取速度较慢的问题,提出了一种基于干涉图特殊极值特征的两帧随机相移干涉图相位解算方法。该方法仅需两帧干涉图,利用高斯高通滤波器对具有随机相移量的两帧干涉图... 详细信息

针对传统移相干涉测量中需要多帧干涉图,对测量设备稳定性要求高,相位提取速度较慢的问题,提出了一种基于干涉图特殊极值特征的两帧随机相移干涉图相位解算方法。该方法仅需两帧干涉图,利用高斯高通滤波器对具有随机相移量的两帧干涉图分别进行处理以滤除其背景,再通过干涉图中一定数量的特殊极值特征像素点来确定两帧干涉图之间的相移量,进而根据反正切相移相位提取算法对干涉图的相位进行解算。仿真模拟和实测对比结果表明,该方法可通过两帧随机相移干涉图获取较高精度的测量相位,大大减少了测量系统误差对相位解算结果的影响,对于256×256 pixels的石膏像眼部干涉图,执行时间在0.02 s以内,相位提取速度较快。

关键词：光栅投影干涉图随机相移极值特征相位提取

基于宽光谱自参考干涉光谱分析的对准方法研究

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基于宽光谱自参考干涉光谱分析的对准方法研究

作者：罗文韬中国科学院大学(中国科学院光电技术研究所)

学位级别：硕士

随着信息社会的发展,集成电路得到了越来越广泛的应用。光刻机是制造集成电路的核心器件,光刻机性能能否提高决定着集成电路能否朝着下一个节点发展。由于集成电路是分层的立体结构,掩模版与硅片之间的对准精度十分关键,因此光刻对准技... 详细信息

随着信息社会的发展,集成电路得到了越来越广泛的应用。光刻机是制造集成电路的核心器件,光刻机性能能否提高决定着集成电路能否朝着下一个节点发展。由于集成电路是分层的立体结构,掩模版与硅片之间的对准精度十分关键,因此光刻对准技术至关重要。为了部署先进光刻机的发展,进行高精度对准方法的研究有着重大的意义。在众多的光刻对准方法中,荷兰ASML公司应用于先进的极紫外光刻机中的SMASH对准方法对于光刻对准系统的研究有着重要的参考价值。SMASH对准方法的本质是一种基于自参考干涉的对准方法,该对准方法能够实现极高的对准精度,然而它对于光源稳定性和探测器响应频率有着极高的要求。本文对自参考干涉对准方法进行了原理分析,并通过模拟仿真和实验对自参考干涉对准理论进行了验证。随后本文结合白光光谱干涉理论,提出了一种基于宽光谱自参考干涉光谱分析的对准方法,该方法使用宽光谱光源代替相干光源,用光谱仪接收白光光谱干涉信号,通过光谱信号解相位来获取对准信息。针对光谱解相位过程,本文还提出了一种利用S变换进行对准信号光谱解相位的方法,将该方法与利用傅里叶变换和利用小波变换进行光谱解相位的方法相比,该方法在模拟仿真与实验中显示出了更好的性能。最后根据提出的对准方法原理,搭建实验系统进行了光谱信号的采集,利用S变换进行光谱的相位提取。实验结果显示,在压电纳米定位台50μm行程内对准系统对比精度优于18.8 nm,重复测量的标准差优于1.46 nm。

关键词：光刻对准白光光谱干涉相位提取 S变换

基于单幅彩色条纹投影的运动物体三维重建技术研究

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基于单幅彩色条纹投影的运动物体三维重建技术研究

作者：李敏华中师范大学

学位级别：硕士

三维重建技术在制造业、医学、考古发掘和仿生设计等领域具有广泛应用。其中,基于条纹投影的非接触式光学三维重建技术,以其测量速度快,精度高,抗干扰性以及鲁棒性等优点,最具有应用前景。静态物体三维重建技术已日渐成熟,如今,越来越... 详细信息

三维重建技术在制造业、医学、考古发掘和仿生设计等领域具有广泛应用。其中,基于条纹投影的非接触式光学三维重建技术,以其测量速度快,精度高,抗干扰性以及鲁棒性等优点,最具有应用前景。静态物体三维重建技术已日渐成熟,如今,越来越多的需求是对某个场景下的物体进行实时重建,而现实场景中的物体大多是运动的,因此,如何快速且高精度地重建运动物体的三维形貌成为研究热点。为了解决这一核心问题,本文提出了一种基于单幅彩色条纹投影的运动物体三维重建方法。该方法只投影单幅条纹,相较于传统的方法,投影条纹数量少,解决了投影仪和相机的同步问题,提高了重建速度,且相移由物体的运动引入,根据相位与物体运动的关系,解决物体运动导致重建出错的问题,重建结果精度高,本文主要的研究内容和取得的成果包含以下几个方面:1.在深入理解基于正弦波条纹投影技术的基础上,讨论了运动物体重建过程中,采用传统方法计算相位出错的原因。利用尺度不变特征转换算法（SIFT:Scale Invariant Feature Transform）跟踪物体运动。为了获取用于SIFT算法的纯物体图像,投影彩色条纹图,通道分离得到的纯物体图像应用SIFT算法提取物体表面的特征点。2.提出一种运动物体相位提取方法,投影单幅条纹图,条纹图之间的相移由物体运动引入。用旋转平移矩阵描述物体在平面上的二维运动,建立起物体运动前后的位置关系。分析了基于单幅图投影条纹相位与物体运动引入相移之间的关系,根据动态场景下的物体表面投影条纹表达式,推导出了运动物体相位提取公式。其中,利用奇异值分解（SVD:Singular Value Decomposition）计算旋转平移矩阵。3.重建表面不连续或者起伏过大的物体时,为了计算出正确的解包裹相位,采用双频相位解包裹方法,由于双频相位解包裹方法要求相机捕获到的高频和低频条纹图中物体位置需一致,因此,提出一种双频相位解包裹误差补偿方法,对高低频物体相位的误差进行补偿,获取正确的物体解包裹相位。本文提出的方法主要分为条纹生成与投影、运动跟踪、相位误差补偿、相位解包裹、三维重建五部分。为了验证所提方法的准确性,进行了仿真和实验,并计算均方根误差作为定量分析的指标。

关键词：动态测量相移轮廓术条纹分析相位提取相位解包裹

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基于菲索干涉仪的平面面形精度检测技术研究

基于菲索干涉仪的平面面形精度检测技术研究

作者：李德敏常州大学

学位级别：硕士

随着光学制造业的不断发展,对于所生产的光学元件检测的水平要求也是在不断的提高。其中菲索干涉仪可以作为一种非接触、高精度、结构简单的检测设备,可以有效快速的检测出平面面形结构信息。要想准确获得面形信息,其中对于条纹图的预... 详细信息

随着光学制造业的不断发展,对于所生产的光学元件检测的水平要求也是在不断的提高。其中菲索干涉仪可以作为一种非接触、高精度、结构简单的检测设备,可以有效快速的检测出平面面形结构信息。要想准确获得面形信息,其中对于条纹图的预处理和相位提取恢复的研究是十分的关键。本文主要针对菲索干涉仪采集到的条纹图中条纹滤波和相位恢复问题进行研究,主要内容如下:研究菲索干涉仪的基本结构和测量原理、影响干涉条纹检测精度的因素和传统的移相技术。为了能够解决传统滤波算法不能去除菲索干涉仪采集到条纹噪声的问题,对中值滤波算法进行改进,充分利用条纹的方向对噪声进行滤波,分析了噪声的特点,通过仿真和实验来验证本文改进算法的有效性,同时通过信噪比和保真度对图像质量进行定量的评价。研究不同相位提取算法的优缺点,为了能够解决背景光强对施密特正交化相位提取的影响,对它进行了改进加入最小二乘法,并且通过仿真和实验验证改进后算法的有效性,和传统的相位提取恢复算法相比,该方法还具有一定的抗噪性,同时对平面面形的重构进行研究。研究对测量精度的影响,具体分析了不同条纹数量、噪声以及相位对算法精度的影响,通过对手机玻璃面板的检测检验本文改进滤波算法和相位提取算法的有效性。

关键词：菲索干涉仪图像滤波相位提取解包裹误差分析

基于分段光栅标记的对准测量信号处理方法研究

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基于分段光栅标记的对准测量信号处理方法研究

作者：张越哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

光刻机是集成电路制造产业的核心设备。对准系统作为光刻机的关键子系统之一,其性能直接影响着光刻机的套刻精度。基于光栅衍射光束干涉的对准方法是目前高精度对准技术的代表,然而,现有对准方法中仍然存在高衍射级次对准测量信号信噪... 详细信息

光刻机是集成电路制造产业的核心设备。对准系统作为光刻机的关键子系统之一,其性能直接影响着光刻机的套刻精度。基于光栅衍射光束干涉的对准方法是目前高精度对准技术的代表,然而,现有对准方法中仍然存在高衍射级次对准测量信号信噪比低、标记捕获过程耗时长以及多级次混叠信号相位解算误差较大等问题。针对以上问题,本课题开展“基于分段光栅标记的对准信号测量方法研究”,主要的研究工作如下:(1)针对现有相位光栅对准标记高衍射级次衍射效率较低所导致的对准测量精度难以提升的问题,提出了一种基于标量衍射理论的分段式相位光栅设计方法,建立了光栅参数与各个衍射级次衍射效率之间的数学关系,设计了分段式相位光栅对准标记,大幅提升了衍射效率。(2)针对现有单一归一化互相关匹配捕获方法捕获时间过长的问题,提出了一种基于混合波形匹配算法的快速标记捕获方法,使用归一化绝对值匹配函数结合较宽松的阈值设置进行粗匹配,得到更准确的对准标记位置预估范围,进而采用归一化互相关匹配函数进行精匹配,实现对准标记快速捕获。(3)针对相位信息易受噪声频谱干扰制约对准测量相位提取精度的问题,提出了一种基于数字锁相放大和自适应阈值去噪的多级次对准信号相位提取方法,利用相关混频运算限定了各级次测量信号的敏感频带,通过优化控制光栅标记扫描参数实现对特定衍射级次相位信息的高精度分离和提取。

关键词：对准测量相位提取模板匹配