白光干涉光谱测量方法与系统的研究

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1、白光干涉光谱测量方法与系统的研究StudyonWhiteLightSpectralInterferometry:MeasurementMethodandSystem专业：仪器科学与技术研究生：章英指导教师：郭彤副教授天津大学精密仪器与光电子工程学院二零一二年十二月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字

2、日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日摘要微纳制造技术的发展推动着检测技术向微纳领域进军，微结构和薄膜结构作为微纳器件中的重要组成部分，在半导体、医学、航天航空、现代制造等领域得到了广泛的应用，由于其微小和精细的特征，传统检测方法不能满足要求。白光干涉法具有非

3、接触、无损伤、高精度等特点，被广泛应用在微纳检测领域，另外光谱测量具有高效率、测量速度快的优点。因此，本文提出了白光干涉光谱测量方法并搭建了测量系统。和传统白光扫描干涉方法相比，其特点是具有较强的环境噪声抵御能力，并且测量速度较快。本文开展的主要研究工作如下：1.系统论述了微结构和薄膜结构几何参数测量方法的研究现状，介绍了白光干涉光谱测量方法，该方法将白光干涉的高精度和光谱测量的高效率相结合。2.分析了白光干涉光谱法的测量原理。首先阐述了白光干涉信号的特点，重点分析了白光干涉光谱信号；然后介绍几种相位提取算法，重点研究了时间相移算法及其相位展开算法；并分别针对微结构表面和薄膜表面，建立了

4、各自的算法模型。3.搭建了测量系统，系统主要由显微干涉光学系统、机械支撑和运动机构、测量软件三部分组成。由光源、光学显微镜、显微干涉测头、光纤和光谱仪组成的显微干涉光学系统用于获取干涉信号；机械支撑和运动机构用于实现固定、上下调节以及相移；测量软件由Labview编写的控制采集界面和Matlab编写的数据处理算法两部分组成。4.对搭建的测量系统进行了系统性能测试实验，确定了系统的测量范围并验证了系统的稳定性。通过对标准台阶结构的测量验证了系统的精度。对于薄膜结构，首先对薄膜的非线性相位影响和薄膜数据处理算法进行了仿真分析，然后利用白光反射光谱法和白光干涉光谱法对几种不同厚度的薄膜进行测量

5、，测量结果和仿真结果一致。关键词：微纳制造微结构薄膜结构白光干涉光谱相移ABSTRACTThedevelopmentofmicro-nanomanufacturingtechnologypromotesthedetectiontechnologytomarchonthefieldofmicro-nanotechnology.Astwoimportantpartsofmicro-nanocomponent,micro-structureandthinfilmhavebeenwidelyappliedinthefieldofsemiconductor,medical,aerospaceand

6、modernmanufacturing.Astheirtinyandfinefeatures,thetraditionaldetectionmethodscannotsatisfytherequirements.Whitelightinterferometrycanrealizefast,non-contactandhighprecisionmeasurement,anditisnowwidelyusedinthefieldofmicro-nanodetection,withthehighefficiencyofspectrummeasurement,whitelightspectral

7、interferometrymeasurementtechnologyhasbeenputforwardandsystemhasbeenbuiltinthisdissertation.Comparedwithwhitelightscanninginterferometry,thistechnologyhasstrongabilityinresistanceenvironmentalnoiseandhighspeed.Themainr