MEMS激光外差干涉儀相位差提取與面形擬合算法研究.pdf

1、紅外光學(xué)材料在光電子精密裝備、紅外相機(jī)、大型激光器窗口、半導(dǎo)體硅片等領(lǐng)域中都有非常廣泛的應(yīng)用,但是目前廣泛使用的激光外差干涉儀光源大多數(shù)是可見(jiàn)光波段,且工作模式基本都是反射式的,因此無(wú)法對(duì)紅外光學(xué)材料的內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu),如光學(xué)厚度、內(nèi)部應(yīng)力變化等做精密測(cè)量。本文中所使用的1550nm波長(zhǎng)MEMS掃描紅外激光外差干涉儀由于其光源屬于近紅外波段,且工作模式屬于透射式而能夠?qū)t外光學(xué)材料的內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行精確測(cè)量。
　　MEMS掃描紅外激光

2、外差干涉儀是微機(jī)電系統(tǒng)與傳統(tǒng)激光外差干涉儀相結(jié)合的最新成果,它不僅具有測(cè)量速度快、測(cè)量精度高、抗干擾能力強(qiáng)、重復(fù)性好和溯源性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn),而且最大優(yōu)點(diǎn)在于動(dòng)態(tài)測(cè)量,適于在線測(cè)量。本文主要研究高精度數(shù)據(jù)處理算法,以滿足該干涉儀對(duì)數(shù)據(jù)處理的要求。該算法可分為兩個(gè)部分:一是對(duì)相位差信息的提取,從而得到待測(cè)物的離散厚度信息;二是根據(jù)第一步得到的離散厚度信息得到真實(shí)的待測(cè)物厚度起伏信息,也就涉及到數(shù)據(jù)擬合的問(wèn)題。
　　首先,介紹了1550nm波

3、長(zhǎng)MEMS掃描紅外激光外差干涉儀對(duì)待測(cè)物的光學(xué)均勻性、相對(duì)光學(xué)厚度等進(jìn)行精密測(cè)量的工作原理,并提出了對(duì)干涉儀數(shù)據(jù)進(jìn)行高精度處理的算法,即本文的所要研究的MEMS激光外差干涉儀相位差提取與面形擬合算法。
　　然后,針對(duì)小數(shù)部分相位差提取算法提出了三種方案:FFT變換法、IQ正交解調(diào)法和最小二乘法。并通過(guò)中頻信號(hào)信噪比、A/D數(shù)據(jù)采集卡的采樣頻率和采樣深度等影響相位差提取精度的因素對(duì)這三種算法分別進(jìn)行了詳細(xì)的分析和討論。
　　其

4、次,算法的數(shù)據(jù)擬合部分本文提出使用Zernike多項(xiàng)式擬合干涉波面的方法,并依據(jù)本文數(shù)據(jù)量比較大的情況提出使用Gram-Schmidt正交法和Householder變換法作為求取Zernike多項(xiàng)式擬合干涉波面的方法,通過(guò)改變Zernike多項(xiàng)式的階數(shù)對(duì)這兩種方法的計(jì)算精度進(jìn)行了模擬仿真。
　　最后,將最小二乘相位提取算法和Zernike多項(xiàng)式數(shù)據(jù)擬合算法結(jié)合組成本文的MEMS激光外差干涉儀相位差提取與面形擬合算法,依據(jù)實(shí)驗(yàn)時(shí)的系