雙窗口干涉顯微成像技術研究.pdf

1、隨著微電子、微光學、微機械和生物工程等技術的發(fā)展，對三維顯微成像提出了更高的要求。傳統(tǒng)的接觸式高精度三維測量技術不僅測量速度慢，且由于觸測力的影響，存在易損傷測量表面和磨損探頭等問題；共焦顯微等光學技術雖然具有非接觸測量等獨特優(yōu)點，但由于采用點掃描方式以提高測量精度，仍存在測量速度慢、系統(tǒng)復雜等問題；而干涉顯微成像技術由于具有全場定量、非接觸、無需對樣品做特殊處理等獨特優(yōu)點，已作為極其重要的測試分析手段用于快速三維顯微成像領域，但是提高

2、系統(tǒng)穩(wěn)定性、實時性等方面的研究仍是國內(nèi)外干涉顯微成像領域的前沿性熱點問題，具有重要的學術價值和應用價值。
　　本課題“雙窗口干涉顯微成像技術研究”的目的是在雙窗口共光路干涉技術基礎上，探討研究穩(wěn)定性好、實時性高的干涉顯微成像技術，通過引入高速時間相移技術、同步相移技術以及載波相移技術實現(xiàn)定量干涉測量，同時兼顧系統(tǒng)測量效率、相機視場利用率及帶寬利用率等方面，并進一步引入顯微成像放大技術提高橫向分辨力，從而為高效、高分辨力和強穩(wěn)定性的

3、干涉顯微成像技術提供新的方法。該研究內(nèi)容在表面微觀形貌、微光學元件、生物細胞等顯微成像領域有廣闊的應用前景。
　　本課題的主要研究內(nèi)容如下：
　　為了實現(xiàn)高精度的快速測量，在分析雙窗口共光路干涉基本原理基礎上，提出了基于數(shù)字微鏡器件（DMD）的雙窗口時間相移干涉技術，在保證相機視場利用率及帶寬利用率的同時，利用DMD的高速空間光調(diào)制能力實現(xiàn)光柵的調(diào)制和平移，實現(xiàn)高精度、快速移相。
　　基于光柵衍射不同級次干涉特性分析，

4、提出了基于“光柵+消偏振分光棱鏡”分光及偏振相移的雙窗口分光同步相移干涉技術，利用光柵將入射光（物光和參考光）的頻譜分成0和±1級，并引入消偏振分光棱鏡分光技術和同步偏振相移技術，通過一次曝光采集獲得四幅對比度均勻的相移干涉圖，在保證相機帶寬利用率的同時，可實現(xiàn)實時測量。
　　在雙窗口共光路干涉技術的基礎上，為了降低系統(tǒng)的復雜度，提出了三窗口同步相移干涉技術，調(diào)整輸入端雙窗口為三窗口以及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)，通過一次曝光采集獲得三幅相移干

5、涉圖，在保證相機帶寬利用率和測量實時性的同時，不需外加任何分光元件和相移元件，大大簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
　　為了實現(xiàn)系統(tǒng)實時性與相機視場利用率的折衷，在對比分析時間相移與同步相移特點基礎上，提出了一種雙窗口雙曝光相移干涉技術，利用偏振角度差為45°的偏振片調(diào)制輸出端的干涉圖，通過第一次曝光采集兩幅相移干涉圖，再利用移動光柵引入一個未知相移，通過第二次曝光采集另兩幅相移干涉圖，進而利用四步相移法恢復待測相位，為快速、高相機帶寬利用率和視場