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1、天津大學(xué)碩士學(xué)位論文Linnik型白光顯微干涉光譜測(cè)量系統(tǒng)與方法研究ResearchonLinniktypewhitelightmicroscopicinterferometricspectralmeasuringsystemandmethod學(xué)科專業(yè)：儀器科學(xué)與技術(shù)研究生：周勇指導(dǎo)教師：郭彤副教授天津大學(xué)精密儀器與光電子工程學(xué)院二零一五年十一月獨(dú)創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝之處外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得天津大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位
2、或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。學(xué)位論文作者簽名：簽字日期：年月日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解天津大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定。特授權(quán)天津大學(xué)可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，并采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編以供查閱和借閱。同意學(xué)校向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤。（保密的學(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)說明）學(xué)位論文作者簽名：導(dǎo)師簽名：簽字日期：年月日簽字日期：年月日摘要白光干涉光譜技術(shù)作為一種新興的無損、高效、高精度的測(cè)量
3、方法在微納尺度的幾何量測(cè)試等相關(guān)領(lǐng)域得到了愈來愈廣泛的應(yīng)用。白光干涉光譜技術(shù)通過光譜儀的處理將傳統(tǒng)的對(duì)干涉條紋的測(cè)量轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)譜密度函數(shù)的測(cè)量，通過分析樣品干涉光譜特性，得到相應(yīng)的測(cè)量信息，其結(jié)合了白光干涉的精度和光譜分析的速度，達(dá)到高精度快速測(cè)量的目的。而面對(duì)傳統(tǒng)的Michelson和Mirau干涉結(jié)構(gòu)因工作距離的限制難以測(cè)量更為復(fù)雜樣品的問題，本文提出基于雙長(zhǎng)工作距離物鏡的Linnik結(jié)構(gòu)白光顯微干涉光譜測(cè)量系統(tǒng)。該結(jié)構(gòu)可以具有較大的工作距離，使系統(tǒng)對(duì)于測(cè)量環(huán)境和復(fù)雜樣品具有更好的適應(yīng)性。本文開展的主要工作如下：1．深入了解了微納幾何量檢測(cè)技術(shù)和
4、白光干涉光譜測(cè)量技術(shù)的基本現(xiàn)狀，提出使用Linnik式干涉結(jié)構(gòu)解決對(duì)長(zhǎng)工作距離的測(cè)量需求。2．分析了白光光譜干涉的基本理論。從白光基本干涉特性、條紋可見度分析、顯微干涉基本模型分析、光的相干性理論等闡述白光光譜干涉的基本理論，并簡(jiǎn)要介紹了用白光干涉光譜法測(cè)量絕對(duì)距離和薄膜厚度的原理。3．設(shè)計(jì)、搭建和調(diào)試了Linnik式白光顯微干涉光譜測(cè)量系統(tǒng)，其主要包括運(yùn)動(dòng)和機(jī)械支撐部分、光學(xué)顯微干涉部分、信號(hào)采集和成像部分和軟件程序部分。其中程序部分的工作主要包括了硬件設(shè)備集成控制設(shè)計(jì)編程和相關(guān)數(shù)據(jù)處理算法的優(yōu)化和完善。4．分析研究了系統(tǒng)相位信號(hào)，介紹和比較了常
5、用的相位提取算法，分析等效厚度的定義和引起其變化的原因，以及采用波長(zhǎng)校正的方法恒定等效厚度值的意義，分析雙顯微物鏡帶來的相位畸變及其對(duì)測(cè)量產(chǎn)生的影響，并通過相關(guān)實(shí)驗(yàn)提取一定條件下的非線性相位畸變，介紹了基于薄膜非線性相位頻率的初值估計(jì)理論和局部?jī)?yōu)化算法。5．完成了系統(tǒng)和環(huán)境穩(wěn)定性測(cè)試，通過絕對(duì)距離實(shí)驗(yàn)說明系統(tǒng)的測(cè)量能力和測(cè)量精度，并完成對(duì)薄膜樣品厚度的測(cè)量實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了系統(tǒng)消除鏡頭非線性相位畸變的必要性以及測(cè)量系統(tǒng)和方法的可行性。關(guān)鍵詞：Linnik干涉；相位提?。话坠飧缮妫还庾V分析；薄膜測(cè)量ABSTRACTAsakindofnewmeasuring
6、methodwithcharacteristicsofhighefficiencyandaccuracy,whitelightspectralinterferometry(WLSI)technologyisbeingmoreandmorewidelyappliedtotherelativefieldofGeometrymeasurementonmicro/nano-scale.Differentfromtraditionalwhitelightmeasurement,WLSIturnsthemeasurementofinterferencefrin
7、getothestudyofspectrumdensityfunctionowingtotheinterferencespectrumsignalobtainedbythespectrometer.Thatmeanstheinformationofsamplecanbeextractedbyanalyzingitsinterferencespectrumproperties.Combiningthehighspeedofspectrumanalysiswiththehighprecisionofinterferencemeasurement,WLS
8、Icanreachfastmeasurementwithhighaccuracy.However,thetradition
