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1、白光干涉光譜測(cè)量方法與系統(tǒng)的研究StudyonWhiteLightSpectralInterferometry:MeasurementMethodandSystem專(zhuān)業(yè)：儀器科學(xué)與技術(shù)研究生：章英指導(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)院二零一二年十二月獨(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(xiě)過(guò)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)位或證書(shū)而使用過(guò)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(shuō)明并表示了謝意。學(xué)位論文作者簽名：簽字
2、日期：年月日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū)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(mén)或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤(pán)。（保密的學(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)說(shuō)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：年月日摘要微納制造技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)著檢測(cè)技術(shù)向微納領(lǐng)域進(jìn)軍，微結(jié)構(gòu)和薄膜結(jié)構(gòu)作為微納器件中的重要組成部分，在半導(dǎo)體、醫(yī)學(xué)、航天航空、現(xiàn)代制造等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，由于其微小和精細(xì)的特征，傳統(tǒng)檢測(cè)方法不能滿足要求。白光干涉法具有非
3、接觸、無(wú)損傷、高精度等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在微納檢測(cè)領(lǐng)域，另外光譜測(cè)量具有高效率、測(cè)量速度快的優(yōu)點(diǎn)。因此，本文提出了白光干涉光譜測(cè)量方法并搭建了測(cè)量系統(tǒng)。和傳統(tǒng)白光掃描干涉方法相比，其特點(diǎn)是具有較強(qiáng)的環(huán)境噪聲抵御能力，并且測(cè)量速度較快。本文開(kāi)展的主要研究工作如下：1.系統(tǒng)論述了微結(jié)構(gòu)和薄膜結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)測(cè)量方法的研究現(xiàn)狀，介紹了白光干涉光譜測(cè)量方法，該方法將白光干涉的高精度和光譜測(cè)量的高效率相結(jié)合。2.分析了白光干涉光譜法的測(cè)量原理。首先闡述了白光干涉信號(hào)的特點(diǎn)，重點(diǎn)分析了白光干涉光譜信號(hào)；然后介紹幾種相位提取算法，重點(diǎn)研究了時(shí)間相移算法及其相位展開(kāi)算法；并分別針對(duì)微結(jié)構(gòu)表面和薄膜表面，建立了
4、各自的算法模型。3.搭建了測(cè)量系統(tǒng)，系統(tǒng)主要由顯微干涉光學(xué)系統(tǒng)、機(jī)械支撐和運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、測(cè)量軟件三部分組成。由光源、光學(xué)顯微鏡、顯微干涉測(cè)頭、光纖和光譜儀組成的顯微干涉光學(xué)系統(tǒng)用于獲取干涉信號(hào)；機(jī)械支撐和運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)用于實(shí)現(xiàn)固定、上下調(diào)節(jié)以及相移；測(cè)量軟件由Labview編寫(xiě)的控制采集界面和Matlab編寫(xiě)的數(shù)據(jù)處理算法兩部分組成。4.對(duì)搭建的測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行了系統(tǒng)性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)，確定了系統(tǒng)的測(cè)量范圍并驗(yàn)證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。通過(guò)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)臺(tái)階結(jié)構(gòu)的測(cè)量驗(yàn)證了系統(tǒng)的精度。對(duì)于薄膜結(jié)構(gòu)，首先對(duì)薄膜的非線性相位影響和薄膜數(shù)據(jù)處理算法進(jìn)行了仿真分析，然后利用白光反射光譜法和白光干涉光譜法對(duì)幾種不同厚度的薄膜進(jìn)行測(cè)量
5、，測(cè)量結(jié)果和仿真結(jié)果一致。關(guān)鍵詞：微納制造微結(jié)構(gòu)薄膜結(jié)構(gòu)白光干涉光譜相移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
