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微结构表面形貌测量的数字全息显微方法的研究

作　者: 殷玉娟
导　师: 胡晓东
学　校: 天津大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 微结构表面形貌数字全息术数字全息显微术相移
分类号: O438.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

微结构表面形貌的测量是微纳测试技术的重要内容之一,随着微纳加工技术的不断发展,对其也提出了越来越高的要求。数字全息术是用数字的方式记录和存储物体的全息图,然后用计算机来再现其振幅和相位,具有全视场、非接触、高测量分辨力等特点,因而在表面形貌、形变、粒子场、材料特性等参数的测量中得到了较为广泛的应用。数字全息显微术是数字全息术和显微术结合的产物,相比于其他微结构表面形貌测量技术出现较晚,虽然目前已得到了国内外很多研究者的关注,仍存在很多技术问题待于解决。本文针对微结构表面形貌测量的需求,对数字全息测量技术进行了理论分析,设计和研制了一套基于马赫-曾德耳干涉仪的数字全息显微测试系统,并对若干微结构表面形貌的测量进行了实验研究。本文的具体工作主要包括:1.对数字全息术和微结构表面形貌测量的研究动态进行了论述,并就数字全息显微术的应用特点进行了分析;2.对数字全息术中的数字全息的记录和再现进行了理论分析,并设计了表面形貌测量的数据处理算法;3.设计并研制了一套基于马赫-曾德耳干涉仪的数字全息显微测试系统,并编写了相应的测量软件;4.在所研制的数字全息显微测试系统上开展了微结构表面形貌测量的实验研究,包括测量精度的评定、超精密加工的微透镜阵列模具表面形貌的测试、MEMS微器件表面形貌的测试等。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-13
  1.1 光学全息术的发展，特点及应用  8-9
    1.1.1 光学全息术的发展  8
    1.1.2 光学全息术的特点及应用  8-9
  1.2 数字全息术的发展及特点  9-10
    1.2.1 数字全息术的发展  9-10
    1.2.2 数字全息术的特点  10
  1.3 数字全息显微术在微结构表面形貌测量中的应用  10-12
    1.3.1 数字全息显微术用于微结构测量的意义  10-11
    1.3.2 数字全息显微术在微结构形貌测量中的研究动态  11-12
  1.4 本论文的研究目的和主要内容  12-13
第二章数字全息显微技术概述  13-32
  2.1 引言  13
  2.2 数字全息显微术用于三维形貌测量的原理  13-18
    2.2.1 光波的衍射和干涉  13-15
    2.2.2 数字全息的记录和再现原理  15-17
    2.2.3 数字全息三维形貌测量原理  17-18
  2.3 离轴菲涅尔数字全息图的记录条件  18-21
  2.4 数字全息的再现算法  21-26
    2.4.1 菲涅尔变换法  22-23
    2.4.2 卷积法  23-25
    2.4.3 角谱法  25-26
  2.5 自动聚焦  26-28
    2.5.1 算法原理  26
    2.5.2 聚焦判断函数  26-28
  2.6 相位解包裹  28-32
    2.6.1 相位解包算法原理  29-30
    2.6.2 相位解包裹的数学模型  30-32
第三章基于数字全息显微术的微结构表面形貌测量系统  32-40
  3.1 硬件系统设计  32-37
    3.1.1 系统光路设计  32-34
    3.1.2 系统器件分析  34-37
  3.2 软件设计  37-40
第四章实验结果及分析  40-49
  4.1 离轴菲涅尔数字全息术  40-45
    4.1.1 系统可靠性验证试验  40-42
    4.1.2 微透镜阵列模具表面形貌的测量  42-45
  4.2 相移同轴像面数字全息  45-49
    4.2.1 微透镜阵列模具的同轴数字全息测量  46-47
    4.2.2 MEMS 器件的数字全息测量  47-49
第五章工作总结及展望  49-51
  5.1 本论文工作总结  49
  5.2 工作展望  49-51
参考文献  51-54
发表论文和参加科研情况说明  54-55
致谢  55

微结构表面形貌测量的数字全息显微方法的研究

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