可调谐拍长线扫描的不连续表面三维干涉测量研究

光学干涉因有高分辨率被广泛应用于微纳米测量中，但其量程受光波波长的限制，仅为半波长，不能对台阶高度大于半波长的不连续表面进行测量。针对这一问题，本申请提出将波长在空间连续分布的两平行光片部分重叠成一光片，形成双频拍波光片，此光片扫描被测表面进行测量。一个线阵CCD的每个像元探测被测表面对应点反射的拍波与参考光的拍波干涉信号，量程为半合成波波长，可测半合成波波长以内的高度差。另一线阵CCD的每个像元探测被测表面对应点反射的单波长与参考光的单波长干涉信号，使本系统保持干涉测量的高分辨率。融会两个CCD探测到的信号，使本系统既有大量程又有高分辨率，能够高精度地对不连续表面进行测量。通过调谐双频频率调节合成波波长大小，可得大量程，以适应测量大台阶表面需要。线扫描方式使本系统只需一维扫描即完成表面三维测量，极大地简化结构，降低成本，提高测量速度。共路干涉方式使本系统具有强抗干扰能力，适合于在线测量。

现有的微纳表面三维测量技术均是点扫描测量方式，完成表面三维测量必须进行二维扫描，测量速度慢，扫描机构复杂，很难对具有深槽和凸台的不连续表面进行三维测量，测量系统对环境的温度漂移和振动等干扰敏感，很难进行在线测量。然而，随着微纳技术的发展，在微电子、微机械等领域出现了越来越多的具有深槽和凸台的不连续表面需要快速、非接触、高精度、在线测量，现有测量技术很难满足这些要求，现有测量技术还不能对具有深宽比大于75的深槽的不连续表面进行测量。针对这些问题，本项目展开研究，研究了利用宽带光谱色散形成可调谐拍波平行光片，利用此光片扫描被测表面，以光线扫描的方式对微纳表面进行干涉非接触高精度测量。将由同一宽带光源发出的两束光色散并准直成两片平行光片，这两片光片部分重叠形成拍波平行光片，此拍波平行光片扫描被测表面进行三维测量；一个线阵探测器探测到由被测表面的反射光与参考光形成的拍波干涉信号，另一个线阵探测器探测到由被测表面的反射光与参考光形成的单波干涉信号；利用拍波干涉信号决定被测量的幅值，使量程为半合成波波长，量程达1.5mm，利用单波长干涉信号测量被测量的量值，使分辨率优于1nm；研究了利用反馈控制补偿环境干扰对测量的影响，可以修正补偿频率≤21Hz的环境干扰，使本测量系统具有很强的抗干扰能力。所研究的测量系统是线扫描测量方式，只需一维扫描即可完成表面三维测量，极大地提高了测量速度，简化了测量系统的机构；本测量系统既可以对连续的光滑表面进行三维高精度测量，又可以对不连续表面进行三维高精度测量；由于是利用平行拍波光片进行线扫描测量，以及有大的量程和高的分辨率，本测量系统能够对具有深槽和凸台的不连续表面进行三维测量，尤其能够对具有深宽比大于75的深槽的不连续表面进行三维测量，填补了现有测量技术的空白；由于反馈控制对环境干扰的补偿作用赋予本测量系统很强的抗干扰能力，使本测量系统适合在线测量；本测量系统的光源光谱的漂移对测量精度无影响，这是现有的光学干涉测量技术所不具有的优点，这一优点使本测量系统的高测量精度得到保证。共撰写论文13篇，其中，已发表论文12篇（SCI源刊5篇，EI收录10篇），接受发表论文1篇（EI收录）；获得授权国家发明专利3项，通过一通审查的国家发明专利1项；培养研究生5人。