位相干涉测量PPT课件.ppt
《位相干涉测量PPT课件.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《位相干涉测量PPT课件.ppt(114页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、关于位相干涉测量第一张,PPT共一百一十四页,创作于2022年6月表面形貌对物体成三维像、逐点获取物体表面三维坐标并精确地测量其表面几何形态的过程,称为表面形貌学(surface topography)表面形貌测量在工业产品自动检测、机械制造、电子工业、机器人视觉等领域均有应用价值第二张,PPT共一百一十四页,创作于2022年6月表面微观形貌深度分辨率为纳米级或亚纳米级的测量,称为表面微观形貌表面微观形貌测量在微细加工、二元光学、X光光学、生物医学等领域均有着较大的应用价值第三张,PPT共一百一十四页,创作于2022年6月测量方法概述第四张,PPT共一百一十四页,创作于2022年6月机械触针法
2、 光学探针法光学法 结构光三角测量 阴影莫尔法 位相干涉测量扫描电子显微镜SEM扫描遂道显微镜STM及原子力显微镜AFM 第五张,PPT共一百一十四页,创作于2022年6月机械触针轮廓仪 金金刚刚石石触触针针与与被被测测表表面面接接触触并并随随表表面面凸凸凹凹不不平平做做上上下下移移动动 位移传感器测量具有具有0.10.1nmnm的纵向分辨率和的纵向分辨率和 0.2 0.2m 的横向分辨率的横向分辨率 第六张,PPT共一百一十四页,创作于2022年6月光学探针轮廓仪 基于共轭成像原理,探针是聚集光束基于共轭成像原理,探针是聚集光束 测测量量时时光光束束跟跟踪踪被被测测表表面面并并成成像像在在探
3、探测测器器上上,当当被被测测表表面面与与探探测测面面共共轭轭时时,在在探探测测器器上上的的象象点点最最小小,点点探探测测器器接接收收到到的的能能量量最最大大;当当被被测测表表面面偏偏离离物物点点时时,探探测测器器上上的的象象点点变变大大,点点探探测测器器接接收收到的能量变小到的能量变小测测量量时时控控制制物物点点与与被被测测面面重重合合,保保证证探探测测有有最最大大输输出,便可描画出被测表面的形貌出,便可描画出被测表面的形貌第七张,PPT共一百一十四页,创作于2022年6月光学法 结构光三角测量法第八张,PPT共一百一十四页,创作于2022年6月激光束经柱状透镜扩束并准直后成一片状光束,在物面
4、上形成一条亮线。由于物面的高低不同,每条投影线在CCD光敏面上的像为一曲线,计算该曲线上各像素点偏离标准象(基准线)位置的距离,便可以得到物体表面一个剖面的高度分布第九张,PPT共一百一十四页,创作于2022年6月阴影莫尔法 第十张,PPT共一百一十四页,创作于2022年6月莫尔条纹阴影等高线图形显示物体三维像,将莫尔条纹作为空间编码,从受物体表面形貌调制的莫尔条纹图中提取相位信息并转换为物体表面轮廓 由于莫尔法得到的仅仅是物体面形的等高线,因而无法判断物体的凹凸第十一张,PPT共一百一十四页,创作于2022年6月位相干涉测量法PMI 基于光波干涉原理测量干涉图的光强分布 提取受物体表面形貌调
5、制而变化的光程差(干涉波前相位差)在整个光场中的空间起伏变化,经数据处理后得到物体表面微观形貌 第十二张,PPT共一百一十四页,创作于2022年6月 TOPO表面测量系统 第十三张,PPT共一百一十四页,创作于2022年6月基于基于miraumirau干涉显微镜干涉显微镜相移:压电陶瓷驱动参考反射镜,使参考光与测量相移:压电陶瓷驱动参考反射镜,使参考光与测量光之间的相位差随时间作线性变化,相移光之间的相位差随时间作线性变化,相移N-N-1 1次次,获获得得 N N 帧干涉图帧干涉图CCDCCD探测干涉场上各点的光强,从探测干涉场上各点的光强,从N N帧光强算式中提取帧光强算式中提取每一点的相位
6、值,由相位与被测表面各点高度转换关每一点的相位值,由相位与被测表面各点高度转换关系式,可获得被测表面形貌的高度分布系式,可获得被测表面形貌的高度分布分辨率:垂直分辨率:垂直0.10.1nm nm,水平,水平0.40.4mm 第十四张,PPT共一百一十四页,创作于2022年6月扫描电子显微镜 利用聚焦电子束作为电子探针,当探针扫描被测表面时,激发二次电子。探测器接收二次电子,经放大和处理后得到一幅扫描电子图像。由于二次电子的强度和分布与被测表面形貌有关,因此,扫描电子像反映了被测表面的几何形貌具有较高的纵向分辨率和横向分辨率,分别达到具有较高的纵向分辨率和横向分辨率,分别达到10 10 nm n
7、m 和和2 2nm nm 要求真空环境下工作,操作复杂,测量费时,且要求要求真空环境下工作,操作复杂,测量费时,且要求被测表面导电被测表面导电 第十五张,PPT共一百一十四页,创作于2022年6月扫描遂道显微镜根据量子隧道效应测量直径为原子尺度的针尖在被测表面扫描,当两者间距离为几十nm 时,形成隧道电流控制探针使其与被测表面的间隙锁定,保持隧道电流为定值,探针的上下移动量即为被测表面的轮廓 第十六张,PPT共一百一十四页,创作于2022年6月原子力显微镜接触式测量,接触力极小,为10-7-7 1010-11-11N N,接触区域,接触区域只有只有20 20 nm大小大小 纵向分辨率纵向分辨率
8、0.01 0.01 nmnm,横向测量范围仅,横向测量范围仅1010m m 具有突出的分辨率,测量精度高,开辟了微结构的空间具有突出的分辨率,测量精度高,开辟了微结构的空间周期低于周期低于1 1 m m的测量区域。在此区域内,机械和光学轮廓仪几乎是无能为力的。但是,测量范围非常狭窄,且涉及的技术难题多,操作环境要求高第十七张,PPT共一百一十四页,创作于2022年6月相移微分干涉显微测量系统 光路结构 系统特点 相移驱动 图像采集 数据处理第十八张,PPT共一百一十四页,创作于2022年6月干涉显微镜干涉显微镜是显微镜与干涉系统相结合的产物利用位相干涉法测量通过判读一幅受物体表面形状调制的干涉
9、图提取位相信息,由位相与待测物纵向深度间的转换关系式计算得到物体表面微观形貌第十九张,PPT共一百一十四页,创作于2022年6月第二十张,PPT共一百一十四页,创作于2022年6月相移干涉术原理第二十一张,PPT共一百一十四页,创作于2022年6月激光作为照明光源,经扩束器扩展为平行光,分束器将该平行光分为测量光束与参考光束。两路光经待测物及参考镜反射后在干涉场发生干涉,形成干涉条纹驱动电路驱动参考镜产生几分之一波长量级的光程变化(相移phase-stepping),以改变参考相位,并产生时间序列上的多幅干涉图第二十二张,PPT共一百一十四页,创作于2022年6月表面微观形貌测量系统图 第二十
10、三张,PPT共一百一十四页,创作于2022年6月移相方法第二十四张,PPT共一百一十四页,创作于2022年6月偏振移相 式中2为与检偏角有关的移相因子,改变角,即产生相位的移动偏振移相有两个优点:其一是检偏器的转角可以精密控制,故移相准确度高;其二是特别适用于干涉系统难以改变干涉臂光程的场合,例如共光路干涉显微镜情形第二十五张,PPT共一百一十四页,创作于2022年6月微分干涉显微镜在本实验工作中,我们采用微分干涉显微镜(也称波面剪切干涉显微镜)作为主体,加入步进电机驱动相移器件、CCD探测器、图象采集电路、微型计算机等部分,共同组成相移干涉显微测量系统。第二十六张,PPT共一百一十四页,创作
11、于2022年6月微分干涉显微镜differential interference contrast microscopedifferential interference contrast microscope第二十七张,PPT共一百一十四页,创作于2022年6月第二十八张,PPT共一百一十四页,创作于2022年6月偏振干涉:起偏器、Nomarski偏振分光棱镜、检偏器微分相衬干涉显微镜的关键之处是在光路中加入了Nomarski偏振分光棱镜,以实现对光束的微分剪切及复合偏振的作用棱镜的双折射使两束光沿垂直于光轴方向产生一个横向位移X,同时棱镜所引入的光程差使两波前又产生一个沿轴向的纵向位移Y第
12、二十九张,PPT共一百一十四页,创作于2022年6月孔径光栏:物镜框,限制轴上点的光锥大小,由光学系统对光能量的要求及对物体细节分辨率的要求决定入射光瞳:与孔径光栏重合出射光瞳:与眼瞳重合 视场光栏:目镜前焦面上,起限制物方线 视场的作用入射窗:物面出射窗:无穷远光栏:第三十张,PPT共一百一十四页,创作于2022年6月Nomarski棱镜由两个光轴互相垂直的双折射直角棱镜粘合而成。两直角棱镜的光轴都平行于棱镜表面且相互正交。第三十一张,PPT共一百一十四页,创作于2022年6月当光线垂直入射到棱镜上表面时,被第一直角棱镜分裂成传播速度及振动方向不同而光线方向一致的两束线偏振光:一束是振动方向
13、垂直于光轴、折射率为o的寻常光o;另一束是振动方向平行于光轴、折射率为e的非常光e。这两个光波因相速度不同,故随着在晶体中行进距离的增加,它们之间的位相差也就增大。第三十二张,PPT共一百一十四页,创作于2022年6月当当o光与光与e光行进到棱镜胶合面上时,由于下块棱镜主光行进到棱镜胶合面上时,由于下块棱镜主截面的主轴与上半块棱镜主截面的主轴垂直,所以折截面的主轴与上半块棱镜主截面的主轴垂直,所以折射时,射时,o o光变成了非常光光变成了非常光oe,e e光变成了寻常光eoeo。至此,发生了o o光和光和e光的转换。转换后的两束光自下块光的转换。转换后的两束光自下块棱镜出射时在界面上又折射一次
14、,成为发散光射向显微棱镜出射时在界面上又折射一次,成为发散光射向显微物镜。物镜。oe光与光与eoeo光间的微小夹角就是剪切角,一般小于光间的微小夹角就是剪切角,一般小于3030,以确保射向物体时两个偏振光的分离量略小于显微,以确保射向物体时两个偏振光的分离量略小于显微镜的分辨率镜的分辨率 第三十三张,PPT共一百一十四页,创作于2022年6月投向被测表面的光线经反射后,返回棱镜,并再次发生o光和e光的转换。若以上、下两直角棱镜厚度相等处作为Nomarski棱镜的光轴中心,并设显微镜光轴偏离棱镜中心的距离为a,光线在第一直角棱镜中行进的距离为t1,在第二直角棱镜中行进的距离为t2,则两束正交偏振
15、光在Nomarski棱镜中的光程差为:第三十四张,PPT共一百一十四页,创作于2022年6月第三十五张,PPT共一百一十四页,创作于2022年6月当来自起偏器的线偏振光第一次通过当来自起偏器的线偏振光第一次通过NomarskiNomarski棱镜时,棱镜时,在棱镜胶合面上被剪切成振动方向互相垂直的两束分离在棱镜胶合面上被剪切成振动方向互相垂直的两束分离的线偏振光的线偏振光当这两束线偏振光由被测物反射并按原路穿过当这两束线偏振光由被测物反射并按原路穿过Nomarski棱镜时,则被复合棱镜时,则被复合复合光穿过四分之一波片后,在两束光之间产生了恒定的复合光穿过四分之一波片后,在两束光之间产生了恒定
16、的位相差,再穿过检偏器后两束光振动方向相同,满足干涉位相差,再穿过检偏器后两束光振动方向相同,满足干涉条件,因此发生干涉条件,因此发生干涉 第三十六张,PPT共一百一十四页,创作于2022年6月特点:微分干涉显微术是偏振光干涉显微术,参加干涉的两束光是由对入射线偏振光进行微分剪切而造成的棱镜的双折射使o光与e光间产生垂直于光轴的横向位移棱镜引入的光程差使两束光产生沿光轴的纵向位移第三十七张,PPT共一百一十四页,创作于2022年6月由于干涉图象具有较强的立体感,因此可与测得的表面三维形貌图进行直接比较,以便定性判断测量结果的正确性而表面三维形貌的实际测量精度,则由测量结果数据与标准形显微镜中的
17、干涉图象可通过目镜直接观察,也可由CCD电视监视器进行实时显示,或由打印机按照256灰度级的图像打印输出貌数据(对于有标准数据的试件而言)的偏差进行计算 第三十八张,PPT共一百一十四页,创作于2022年6月干涉光强强度的变化揭示出位相物体的斜率显示物体的光学厚度的梯度第三十九张,PPT共一百一十四页,创作于2022年6月干涉光强不仅与表面形貌相位值有关,而且还和检偏器透光轴与剪切方向的夹角有关。当检偏器以恒速旋转时,干涉相位差随之作线性变化,使得干涉场上各点的干涉光强在亮与暗之间作正弦变化,从而实现了对干涉场的相位调制。第四十张,PPT共一百一十四页,创作于2022年6月光强与检偏器方位角的
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 位相 干涉 测量 PPT 课件
限制150内