雙窗口干涉顯微成像技術(shù)研究.pdf

1、隨著微電子、微光學(xué)、微機(jī)械和生物工程等技術(shù)的發(fā)展，對(duì)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(cè)量技術(shù)不僅測(cè)量速度慢，且由于觸測(cè)力的影響，存在易損傷測(cè)量表面和磨損探頭等問(wèn)題；共焦顯微等光學(xué)技術(shù)雖然具有非接觸測(cè)量等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，但由于采用點(diǎn)掃描方式以提高測(cè)量精度，仍存在測(cè)量速度慢、系統(tǒng)復(fù)雜等問(wèn)題；而干涉顯微成像技術(shù)由于具有全場(chǎng)定量、非接觸、無(wú)需對(duì)樣品做特殊處理等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，已作為極其重要的測(cè)試分析手段用于快速三維顯微成像領(lǐng)域，但是提高

2、系統(tǒng)穩(wěn)定性、實(shí)時(shí)性等方面的研究仍是國(guó)內(nèi)外干涉顯微成像領(lǐng)域的前沿性熱點(diǎn)問(wèn)題，具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值和應(yīng)用價(jià)值。
　　本課題“雙窗口干涉顯微成像技術(shù)研究”的目的是在雙窗口共光路干涉技術(shù)基礎(chǔ)上，探討研究穩(wěn)定性好、實(shí)時(shí)性高的干涉顯微成像技術(shù)，通過(guò)引入高速時(shí)間相移技術(shù)、同步相移技術(shù)以及載波相移技術(shù)實(shí)現(xiàn)定量干涉測(cè)量，同時(shí)兼顧系統(tǒng)測(cè)量效率、相機(jī)視場(chǎng)利用率及帶寬利用率等方面，并進(jìn)一步引入顯微成像放大技術(shù)提高橫向分辨力，從而為高效、高分辨力和強(qiáng)穩(wěn)定性的

3、干涉顯微成像技術(shù)提供新的方法。該研究?jī)?nèi)容在表面微觀形貌、微光學(xué)元件、生物細(xì)胞等顯微成像領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。
　　本課題的主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　為了實(shí)現(xiàn)高精度的快速測(cè)量，在分析雙窗口共光路干涉基本原理基礎(chǔ)上，提出了基于數(shù)字微鏡器件（DMD）的雙窗口時(shí)間相移干涉技術(shù)，在保證相機(jī)視場(chǎng)利用率及帶寬利用率的同時(shí)，利用DMD的高速空間光調(diào)制能力實(shí)現(xiàn)光柵的調(diào)制和平移，實(shí)現(xiàn)高精度、快速移相。
　　基于光柵衍射不同級(jí)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(shù)，利用光柵將入射光（物光和參考光）的頻譜分成0和±1級(jí)，并引入消偏振分光棱鏡分光技術(shù)和同步偏振相移技術(shù)，通過(guò)一次曝光采集獲得四幅對(duì)比度均勻的相移干涉圖，在保證相機(jī)帶寬利用率的同時(shí)，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)測(cè)量。
　　在雙窗口共光路干涉技術(shù)的基礎(chǔ)上，為了降低系統(tǒng)的復(fù)雜度，提出了三窗口同步相移干涉技術(shù)，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(guò)一次曝光采集獲得三幅相移干

5、涉圖，在保證相機(jī)帶寬利用率和測(cè)量實(shí)時(shí)性的同時(shí)，不需外加任何分光元件和相移元件，大大簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
　　為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)實(shí)時(shí)性與相機(jī)視場(chǎng)利用率的折衷，在對(duì)比分析時(shí)間相移與同步相移特點(diǎn)基礎(chǔ)上，提出了一種雙窗口雙曝光相移干涉技術(shù)，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(guò)第一次曝光采集兩幅相移干涉圖，再利用移動(dòng)光柵引入一個(gè)未知相移，通過(guò)第二次曝光采集另兩幅相移干涉圖，進(jìn)而利用四步相移法恢復(fù)待測(cè)相位，為快速、高相機(jī)帶寬利用率和視場(chǎng)