基于光谱色散线扫描的光纤干涉纳米表面三维在线测量原理与技术研究

针对现有纳米表面测量方法均是点扫描方式、不适合在线测量、"量程/分辨率"小等不足，原创性地提出光谱色散线扫描光纤复合干涉仪测量技术，对纳米表面进行三维在线测量。利用光纤光栅特性构成的光纤复合干涉仪包含二个光路几乎重合的光纤迈克尔逊干涉仪。一个干涉仪用于测量以得到被测表面的信息；另一个干涉仪经反馈控制补偿环境干扰的影响，使本系统胜任在线测量。色散元件将谱宽40nm的测量光束色散成波长在空间连续分布的光线，光线扫描被测表面，不同波长被不同被测点反射回干涉仪，与参考光束干涉后又被色散成波长在空间连续分布的光线，由线阵CCD探测。CCD不同相元探测到不同波长干涉信号，测出每个相元的干涉信号相位变化量，即测出对应被测点的纵向变化值。一次定位，完成表面二维测量；光线横向扫描，完成表面三维测量。极大提高测量速度，降低成本。提出光程跟踪扩大量程，使本系统的纵向量程达300μm；纵向分辨率优于0.1nm。