一種雙波長微納結(jié)構(gòu)相位測量方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種雙波長微納結(jié)構(gòu)相位測量方法，通過使用兩個不同波長的激光器作為光源，分別獲取相位包裹圖，利用同一位置（像素）上的兩個波長已知的固定關(guān)系來確定該位置（像素）的相位跳變系數(shù)，重構(gòu)出物體的相位。由于物體不同位置（像素）的相位信息是獨立獲得的，不依賴相鄰像素之間的關(guān)系，可以用于測量具有孤立非連續(xù)物體的相位信息，可以有效避免解包裹算法中由于路徑依賴的原因產(chǎn)生誤差積累傳播的現(xiàn)象，不僅可用于連續(xù)光滑物體，也可以用于孤立非連續(xù)（存在突變）物體的相位測量，同時，本發(fā)明方法大大拓展了有效測量突變物體的量程。本發(fā)明測量方法簡單、測量范圍大、精度高、測量實時高效快捷。
【專利說明】一種雙波長微納結(jié)構(gòu)相位測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于微納結(jié)構(gòu)物體形貌的干涉測量方法，屬于光電檢測技術(shù)的領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]干涉測量方法是獲取物體形貌(相位)微納結(jié)構(gòu)的常用方法，通過攜帶了物體相位信息的物光與參考光之間形成的干涉圖，使用相位提取算法，可以獲取物體的三維信息。由于使用激光作為計量手段，可以實現(xiàn)納米精度的測量。通常使用的干涉測量方法，結(jié)合使用相移技術(shù)，其測量精度可以達到百分之一波長的精度。然而由于所獲取的相位使用反正切函數(shù)來表達，這類方法獲取的相位值分布在[-H，]的相位包裹中，當(dāng)待測物體的高度超過一個波長時，需要對包裹相位進行解包裹以獲取真實的相位分布。從20世紀(jì)70年代開始，國內(nèi)外經(jīng)過大量的研究，已經(jīng)出現(xiàn)了不少于40種的相位解包裹算法，這些算法主要分為兩大類:最小范數(shù)法和路徑跟蹤算法，由于這兩類算法依靠相鄰像素之間的關(guān)系來實現(xiàn)解包裹，為了滿足像素間的采樣定律，待測物體必須是光滑連續(xù)的，使得這些方法難于應(yīng)用于工程中常見的具有孤立非連續(xù)(存在突變)物體的測量。本發(fā)明方法給出了一種可以克服現(xiàn)有方法不足的新方法，通過使用兩個不同波長的激光器作為光源，分別獲取相位包裹圖，利用同一位置(像素)上的兩個波長已知的固定關(guān)系來確定該位置(像素)的相位跳變系數(shù)，重構(gòu)出物體的相位。由于物體不同位置(像素)的相位信息是獨立獲得的，不依賴相鄰像素之間的關(guān)系，可以用于測量具有孤立非連續(xù)物體的相位信息，可以有效避免解包裹算法中由于路徑依賴的原因產(chǎn)生誤差積累傳播的現(xiàn)象，不僅可用于連續(xù)光滑物體，也可以用于孤立非連續(xù)(存在突變)物體的相位測量，同時，本發(fā)明方法大大拓展了有效測量突變物體的
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【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對目前各種干涉測量解相位包裹方法的局限，本發(fā)明提供一種可以測量孤立非連續(xù)(存在突變)物體的干涉測量方法，擴大了干涉測量的量程，突破了傳統(tǒng)相位解包裹的限制。
[0004]在干涉測量中，待測物體的高度超過測量波長(量程)時，可以表示為:
[0005]h (x, y) =n (x, y) λ + φ (χ, y)(I)
[0006]其中λ為測量波長；n(x，y)是當(dāng)待測物體高度超出波長時跳變的次數(shù)，為非負整數(shù)；樹=為高度包裹，樹為包裹相位，在測量中，我們可由干涉光路或者干
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涉儀獲取的干涉圖通過相位提取算法獲得包裹相位辦U)?因此，要獲得完整的待測物體的高度信息，還需要確定跳變系數(shù)η (X，y)。
[0007]從(I)式我們可以知道當(dāng)使用兩個波長來測量同一待測物體時，有:
【權(quán)利要求】
1.一種雙波長微納結(jié)構(gòu)相位測量方法，其特征在于包含以下步驟: 步驟一:使用干涉光路或者干涉儀分別獲取兩種波長λP λ2作為計量波長時的干涉條紋圖；使用已知的相位提取算法獲取兩種波長的包裹相位圖刃，φ2?χ,}>)，并轉(zhuǎn)換成i^fT 句‘ 圖 ΦI (x, y) λ Φ 2 (xj y)
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙波長微納結(jié)構(gòu)相位測量方法，其特征在于步驟一中獲取兩種波長的干涉圖時保持待測物體和干涉光路不變的情況下同時或先后采集干涉條紋圖。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種雙波長微納結(jié)構(gòu)相位測量方法，其特征在于所述步驟一中的包裹相位圖vhjx,y)由四步相移算法獲得。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種雙波長微納結(jié)構(gòu)相位測量方法，其特征在于所述兩種波長是不成倍頻關(guān)系的兩種波長。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種雙波長微納結(jié)構(gòu)相位測量方法，其特征在于所述干涉條紋圖使用同軸相移邁克爾遜干涉光路獲取。
【文檔編號】G01B11/24GK104034277SQ201410139316
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年4月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月8日
【發(fā)明者】劉勝德, 呂曉旭, 鐘麗云 申請人:華南師范大學(xué)