高分辨率微分移相干涉显微测量系统的研究

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1、国内图书分类号：TH741学校代码：10213国际图书分类号：621.38密级：公开工学硕士学位论文高分辨率微分移相干涉显微测量系统的研究硕士研究生：赵勇导师：姚勇教授申请学位：工学硕士学科：物理电子学所在单位：深圳研究生院答辩日期：2012年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TH741U.D.C:621.38DissertationfortheMasterDegreeofEngineeringRESEARCHOFHIGH-RESOLUTIONMEASURINGSYSTEMBAS

2、EDONDIFFERENTIALPHASE-SHIFTINGINTERFERENCEMICROSCOPYCandidate：ZhaoYongSupervisor：Prof.YaoYongAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：PhysicalElectronicsAffiliation：ShenzhenGraduateSchoolDateofDefence：June,2012Degree-Conferring-Institution：Har

3、binInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要移相干涉显微系统在表面形貌测量领域具有诸多突出的优点，如系统结构简单，抗环境干扰能力强，可实现三维非接触定量测量，分辨率高等。因而被广泛应用在各大领域微细加工表面形貌的测量。以往在移相干涉测量中，常用激光器作为照明光源，因为激光的方向性好，相干长度长，使系统具有较高的分辨率和较大的测量范围。但正因为激光过强的相干性，被各光学元件中的缺陷，杂质，甚至空气中的尘埃散射的杂散光仍具有一定的相干性，在接收屏上会发生干涉，形成相干噪声或散

4、斑噪声，这些噪声很难用算法去除，严重影响了系统的测量精度。本论文基于弱相干光源（LED）照明，搭建起了微分移相干涉显微测量系统。LED发射的光束经准直和滤波，相干性得到一定改善，由此获得的部分相干光不仅可以满足干涉测量的条件，而且被散射的杂散光不会产生干涉，很好地抑制了相干噪声及散斑噪声，提高了系统的测量精度。本系统对多种样品进行测量，验证了改良方案的可行性。首先对已知平整度的蓝宝石基片进行测量，测量值与实际值符合的很好，表明系统具有很高的分辨率；其次对硬盘表面上规则排布着棒状结构的区域进行测量，结果显示，系

5、统具有很强的表面形貌重构能力，对硬盘其他平滑区域进行测量，结果表明被测区域的粗糙度为2nm左右，这说明本系统可以实现对纳米量级高平滑表面的测量；最后对铝质金属板表面进行测量，得到其表面起伏度为亚微米量级，理论上本系统可测量的最大起伏度为微米量级，所以，此系统适用于微纳表面形貌的测量。为了验证系统的可靠性，考察了系统的重复测量精度，结果显示系统的重复测量精度为亚纳米量级。关键词：共光路；移相干涉显微；弱相干光干涉；分辨率；重复测量精度-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractInthesurfacet

6、opographymeasuringfield,phase-shiftinginterferencemicroscopysystemhasmanyoutstandingadvantages,forexample,simpleconstruction,highabilityofresistingagainstenvironmentaldisrupt,theimplementationof3Dnon-contactquantitativemeasurement,highresolutionandsoon.Thus

7、,itiswidelyusedineveryfieldformeasuringmicrosurfacetopography.Inthepastphase-shiftinginterferencemeasurement,laserisusuallyusedasthelightsource.Becauseofitsgooddirectionandlonginterferencelength,thesystemhashighresolutionandbigmeasuringrange.But,justforlase

8、r’sstrongcoherence,thestraylightscatteredbydefectsorimpuritiesfromopticalelementsorevenbythedustintheair,whichstillhascertaincoherence,willcauseinterferenceonthereceivingscreenandproducecoherentnoiseso