数字全息合成孔径显微成像观测MEMS器件微形变的方法研究

数字全息显微观测通过以数字方式记录干涉光谱，数字反演解算得到三维数字图像，具有一般传统显微观测所不具备的长工作距离、大视场的优势。研究数字全息合成孔径、物光场传播调制以及相关的机理与技术，能够在高精度成像观测中发挥作用。本项目针对目前高技术领域的微机电系统（MEMS器件）静态三维形貌及动态形变成像观测，研究实现长工作距离的数字全息合成孔径显微成像的技术途径，对空间物光波的影响机理、合成干涉谱的信息融合进行分析和探索。针对合成孔径，建立"等效孔径"数学模型，给出提升系统分辨率的方法，及最优化融合多帧包含互补信息再现物光波场的三维重建算法。提出该技术中关键问题的解决方法。实现采用该技术对MEMS器件在工作状态下，器件微细结构的几何形貌、微形变以及动态变化过程进行定量实时检测。本项目的研究将为类似MEMS器件的研发、制造和检测提供一种高分辨率、非接触式、无损伤、全视场成像的定量检测方法。

在MEMS器件的工作状态下实现对MEMS器件微细结构的几何形貌、微形变以及动态变化过程的定量实时无损检测，对于MEMS器件的工作机理分析、设计检测以及应用研究有着重要意义，是微电子、精密加工领域研究与生产过程中的重要环节之一。本项目研究了一种针对MEMS器件微型结构形貌及动态测量的数字全息合成孔径显微成像方法，该方法具有非破坏、非接触、全视场、可长时间定检测等优势。首先，针对数字全息的记录和再现过程进行了深入的理论分析，在零级像抑制、相位像的相干噪声去除、相位解包裹等关键技术环节提出了新方法，并发表了多篇高水平学术论文。其次，搭建了数字全息合成孔径显微成像光路和编制了计算软件系统，开展了针对MEMS器件微细结构的几何形貌、设计检测和动态变化过程的定量定时检测。获得了基于数字全息合成孔径成像方法的MEMS器件高质量高精度再现强度像，为微机电器件的形貌检测、质量监控等领域提供了一种稳定可靠的检测手段。提出了一种基于多波长扫描的相位解包裹方法，为数字全息显微成像所获得的包裹相位图提供了一种切实有效的相位阶包裹手段。提出一种基于旋转照明光的数字全息相干噪声抑制方法，通过连续转动照明光获取多幅全息图，并对多幅数字全息再现像进行平均叠加，从而抑制相位再现像中的相干噪声，得到高精度的物体表面形貌分布。本项目的研究成果发表于《Applied Optics》（《应用光学》）、《Optics Communications》（《光学通讯》）等光学领域国际高水平期刊上，为MEMS微光机电系统的研发、制造和检测提供了一种高分辨率、非接触式、无损伤、全视场成像的定量检测方法。