基于宽光谱干涉系统的拼接主镜共相位检测技术
太赫兹(THz)技术
太赫兹(THz)技术一、基本概念 (1)1. 太赫兹波 (1)2. 太赫兹波的特点 (1)二、国内外研究现状 (2)1. 美国 (3)2. 欧洲 (3)3. 亚洲 (3)三、太赫兹技术的应用 (4)1. 太赫兹雷达和成像 (4)2. 太赫兹通信 (5)3. 太赫兹安全检查 (6)4. 太赫兹无损检测 (7)5. 环境探测 (7)6. 生物医学 (8)7. 天文观测 (8)8. 材料特性的研究 (9)四、太赫兹技术的研究内容 (9)1. 太赫兹辐射源 (9)2. 太赫兹波段信号的探测 (10)3. 太赫兹功能器件 (10)五、我们能做些什么 (10)一、基本概念1.太赫兹波太赫兹(Terahertz)一词是弗莱明(Fleming)于1974年首次提出的，用来描述迈克尔逊干涉仪的光谱线频率范围。
太赫兹(THz, 1THz=1012Hz)频段是指频率从十分之几到十几太赫兹，介于毫米波与红外光之间相当宽范围的电磁辐射区域。
THz波又被称为T射线，在频域上处于宏观经典理论向微观量子理论的过渡区，在电子学向光子学的过渡区域。
长期以来由于缺乏有效的THz辐射产生和检测方法，对于该波段的了解有限，使得THz成为电磁波谱中最后一个未被全面研究的频率窗口，被称为电磁波谱中的“太赫兹空隙”（Terahertz Gap）。
2.太赫兹波的特点THz波具有很多独特的性质。
从频谱上看，THz 辐射在电磁波谱中介于微波与红外辐射之间；在电子学领域， THz辐射被称为毫米波或亚毫米波；在光学领域，它又被称为远红外射线；从能量上看, THz波段的能量介于电子和光子之间。
THz的特殊电磁波谱位置赋予它很多优越的特性，有非常重要的学术价值和应用价值，得到了全世界各国研究人员的极大关注。
THz 波的频率范围处于电子学与光子学的交叉区域。
在长波方向，它与毫米波有重叠，在短波方向，它与红外线有重叠。
在频域上， THz处于宏观经典理论向微观量子理论的过渡区。
FTIR原理及谱图解析
谱图解析——正己烷
这是C-H弯曲振动区域，把 该区域放大CH2和CH3的弯 曲振动峰叠加在一起，关 于这一点，我们可以比较 环己烷和2,3-二甲基丁烷在 该区间的吸收峰。
谱图解析——正己烷
在1460cm-1出现的宽峰实际上 是两个峰叠加而成的。一般地 ，CH3基团的反对称弯曲振动 峰 的 位 置 在 1 4 6 0 ± 1 0 cm-1, 这 是一个简并弯曲振动（仅显示 一种）。
c：光在真空中的速度。
在红外中，经常使用的是波数。
1/
：cm-1
FT-IR: 基本原理 ...
红外光谱仪
每一台傅立叶变换红外光谱仪，由以下几部分构成：一个光源、一个干 涉仪（分束器是它的一部分）以及一个检测器。
FT-IR: 基本原理 ...
红外光谱仪
干涉仪是红外光谱仪的心脏部件
到样品
谱图解析——1-己烯
2997cm-1, =CH2的对称伸缩振 动。一般来说，反对称伸缩振 动吸收峰的频率要高于对称伸 缩振动的频率。
谱图解析——1-己烯
2960cm-1，是CH3的反对 称伸缩振动峰。
谱图解析——1-己烯
2924cm-1, CH2的反对称 伸缩振动峰。
谱图解析——1-己烯
2870cm-1, 是CH3 的对称伸缩振动。
技术限制: 只是测试整个谱图范围的一 部分
分辨率受到限制
采样间隔不能无限小 (基于 HeNe激光)
得到的干涉图不是对称的
相应问题:
旁瓣峰 牺牲谱图的分辨率
带宽限制 有折叠可能 尖桩篱栅效应 相位问题
解决方案: 采用不同的光源、分
束器以及检测器
切趾函数 采用光圈
满足Nyquist 采样条件
INSAR原理_技术及应用_
成像期间无明显变化 ,(2)稳定的几何视角 ,(3)采用同一
个 SAR 处理器 , 或物理 指标完 全一致 的两台 SAR 处理
器 。它们可以保留运动补偿后信号中的相关相位信息 。
图 3 沿轨道干涉的几何原理图
化 , 见图 3 。其中相 应像 素的相 位差 是由 于测量 时物 体
的运动产生的 。物体的运动速度可以由下式算 出 :
Υ=
4π
＊μ＊B λ＊v
x
(5)
λ是雷达波长 , V 是飞 机速度 , B x 是基 线分 量 。沿基 线 分量 y -和 z - 方向 因飞机的偏航及俯仰产生附加相 位
差 , 故在 获得 绝对速 度之 前 , 有必 要做 相位 差的 校正 。
沿轨道干涉适用于运动物体的监测及制图 。
3 .重复轨道干涉 重复轨道干涉 只要 求一 部天 线 , 但 需要 对飞 行 轨
目前在国外正有许多研究组积极从事着 SAR 干 涉 技术机理及其应用的研究 。 国 内也有 许多部 门正在 从 事着 IN SA R 技 术在本领 域的应用研 究 , 并 有相关的 文 章发表 。
二 、INSAR 原理
如果雷达两次 发出 的微 波频 率相 等 , 在 成像 期 间 波动不中断 , 平台轨道近 似 , 那 么在相 遇处它 们的振 动 方向几乎沿 同一 直线 , 则两 雷达 波在 相遇 处产 生干 涉 现象 , 其干涉花 样体 现 了参 与相 干迭 加的 微波 间相 位 差的空间分布 。 INSA R 技术就是利用雷 达波的这种 干 涉现象 , 对同一 观测 区 在略 有差 异的 视点 上至 少成 像 两次 , 利用两景 图像 上 各个 像素 点相 位信 息的 差异 来 提取出地物的相对高度 。 其基本几何原理为(见图 1): 设 H 为第一个天线的相对高度, ξ为基线 B 的倾斜角 , λ 为波长 , r 1 、r 2 是雷达天线与地物点之间的距离 , 它们也
光纤干涉型传感器原理及其相位解调技术
θ 为本振信号的初始相位，调整载波信号幅度 φ H ， 使 J 1 (φ H ) = J 2 (φ H ) 。将上两式相加得
SA = S1A(t) + S2A(t) = 2 ABJ1 (φ H ) cos (3ω H t + θ + φ A sin ω At + φ )
(15)
− KGJ 1 (c) cos Φ (t ) KHJ 2 (c) sin Φ (t )
φ (t ) = π 2 时， 奇 （偶） 数倍角频率 ω 出现在奇 （偶） 数倍载波频率 ω 0 两侧。这些出现在 ω 0 两侧的边带
信号携带着被测信号的相位信息。如果不加调制信
第3期
裴雅鹏 等：光纤干涉型传感器原理及其相位解调技术
19
号，输出光强 I1 = A + B cos Φ (t ) ，若 Φ (t ) = 0 ， 则 cos Φ (t ) = 1 ，由于 Φ (t)的存在，信号将发生消 陷或畸变。 光纤 Mach-Zehnder 干涉仪调制与解调系统如 图 4 所示，将两路干涉的信号做差分运算，消去直 流偏移量，与 G cos
2 I 2 = I12 + I 2 + 2 I1 I 2 cos ( ∆ϕ )
I1 = ALeabharlann + B cos ϕ (t ) I 2 = A − B cos ϕ (t )
臂上外界物理量的变化。
RA RA Lens Lens DC1 DC1 DC2 DC2 PD1
（2） （3）
通过对干涉信号相位的提取来获知作用在信号
中图分类号 TN253
1 引 言
自从 1881 年美国物理学家 Michelson 发明 Michelson 干涉仪以来， 使用激光干涉传感器测量位 移、速度的技术得到了很大的发展。随后又出现了 Sagnac 干涉仪、Mach-Zehnder 干涉仪、Fabry-Peort 干涉仪等一些干涉仪。激光干涉传感器能提供一种 精确、快速、非接触的测量，而信号处理将直接影 响到测量的分辨率、精度和动态范围等因素。在过 去的 20 年， 基于这些干涉仪原理的传感器相位解调 方法已经成为研究的主要课题，出现了许多不同的 调制与解调方法，从而使干涉型传感器的应用更加 广泛。本文首先介绍了几个不同结构干涉型传感器 的原理，然后着重介绍了其调制与解调技术的原理 及实现方法。
美国天基微透镜阵列干涉光学成像技术发展初探
★技术沙龙 Tech Salon
Preliminary Study on the Space-based Microlens Arrays Interference Optical Imaging Technologies
美国天基微透镜阵列 干涉光学成像技术发展初探
工作模式
入射光
透镜 光子集成中路
图像
“蜘蛛”相机工作模式示意图（左）光子集成电路（右）
光子集成电路框图
在成像能力方面，微透镜阵列干涉相机的性能 十分可观。对于 500nm 的波长、300km 轨道高度、 0.5m 基线长度的微透镜阵列干涉成像相机，其空间
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《国际太空》2018年4月（公开）.indd 53
“蜘蛛”相机的外形不再是传统的圆柱体，而 是一个平板，可以紧贴卫星平台一侧安装，特别适合
作为搭载有效载荷安装 在卫星上。除圆形外， 微透镜阵列可以组成不 同的形状，即可以灵活 布局，摆脱传统望远镜 仅能以圆柱体形式安装 的不足，适用于天基、 空基、海基和陆基各类 平台，具有很好的应用 前景。
“蜘蛛”相机结构图
“蜘蛛”相机由 37 个一维阵列组成，其主体结 构包括：①若干干涉仪管道组件，该组件包括微透镜， 用于将光耦合入光子集成电路波导中；②一个阵列盘， 用于承载这些干涉仪管道；③内外校正圆柱环，用于 光子集成电路芯片的校正；④光子集成电路板，包括 干涉仪组件；⑤刚性支撑背板。
2 “蜘蛛”相机的技术优势
“蜘蛛”相机在尺寸、质量和功率（SWaP）上 均大幅下降，这可以大幅度降低卫星和火箭发射成本。 对比传统的庞大和复杂的光学相机，新技术可以使相 机的质量下降多达 90%。
光电检测系统
长度：直尺、游标卡尺、千分尺
电压：万用表
质量：天平
间接测量：测量几个与被测量相关的物理量，通过函数关系式 计算出被测量。例如：
电功率：P = I * V（电流/电压）
重力加速度：单摆测量（L：摆的线长，T：摆动的周
期）
g
4
T
2L
2
返回
光电探测器的种类
类型 PN结
非PN结 电子管类
以光电子学为基础,以光电器件为主体,研究和发展光电信 息的形成、传输、接收、变换、处理和应用。它涉及到：
1、光电源器件（包括激光器）和可控光功能器件及集成 2、光通信和综合信息网络 3、光频微电子 4、光电方法用于瞬态光学观测 5、光电传感、光纤传感和图象传感 6、激光、红外、微光探测，定向和制导 7、光电精密测试，在线检测和控制技术 8、混合光电信息处理、识别和图象分析
光信息量化的变换方式在位移量（长度、宽 度和角度）的光电测量系统中得到广泛的应 用。
若长度信息量L量化为条纹信息量，则长度 L=qn
q为量化单位，采用莫尔条纹变换时，其为光栅节距，达到微米 量级；若采用激光干涉时，其 等于激光波长的二分之一或四分之一；n为条纹个数。
信息载入光学信息的方式
光通讯方式的信息变换
光电检测系统
光 光 被 光 光变 电
源
学 系 统
测 对 象
学 变 换
电换 传电 感路
信 号 处 理
存储 显示 控制
光学变换
电路处理
Байду номын сангаас
光电检测系统
光学变换
时域变换：调制振幅、频率、相位、脉宽 空域变换：光学扫描 光学参量调制：光强、波长、相位、偏振 形成能被光电探测器接收，便于后续电学处理的光学信息。
基于3×3_干涉仪和相位信号解调的信号采样对激光噪声的影响
第 31 卷第 7 期2023 年 4 月Vol.31 No.7Apr. 2023光学精密工程Optics and Precision Engineering基于3×3干涉仪和相位信号解调的信号采样对激光噪声的影响李光波1，延凤平1*，秦齐1，周凌云1，刘艳1，冯亭2*（1.北京交通大学电子信息工程学院，北京 100044；2.河北大学物理科学与技术学院光信息技术创新中心，河北保定 071002）摘要：提出了一种基于3×3耦合器的非平衡迈克尔逊干涉仪和相位信号解调的激光器线宽测量系统，基于相位信号解调的微分交叉相乘算法，可对所采信号进行高速实时处理，快速给出待测激光器的频率噪声信息和线宽值。
该系统光路结构简单，无须主动控制，测量结果重复性高。
考虑采样信号是否同时包含源信号的最大值和最小值这一重要问题，在仿真和实验两种情况下着重讨论了对源信号进行采样窗口为0.5，0.4，0.1，0.05和0.01 s的采样对所测试激光器频率噪声功率谱密度的影响。
仿真和实验均表明，使用采样窗口为0.1，0.05和0.01 s未同时包含源信号的最大值和最小值的采样信号计算获得的激光频率噪声功率谱密度幅值偏高。
进一步使用β-分割线法对1.5 μm波段商用激光器和实验室自制的2 μm波段激光器进行线宽测量验证，结果表明，使用同时包含源信号最大值和最小值的采样信号处理得到1.5 μm波段商用激光器的线宽值在测量时间为2 ms时为5 kHz，同时本结论可拓展至全波段适用。
关键词：单频窄线宽激光器；线宽测量；频率噪声；相位信号解调中图分类号：TN248 文献标识码：A doi：10.37188/OPE.20233107.0982Effect of signal sampling on laser noise based on3×3 interferometer and phase signal demodulation LI Guangbo1，YAN Fengping1*，QIN Qi1，ZHOU Lingyun1，LIU Yan1，FENG Ting2*（1.School of Electronic and Information Engineering， Beijing Jiaotong University，Beijing 100044， China；2.Photonics Information Innovation Center， College of Physics Science ＆ Technology，Hebei University， Baoding 071002， China）* Corresponding author， E-mail： fpyan@；wlxyft@Abstract：A laser linewidth measurement system based on an unbalanced Michelson interferometer achieved using a 3 × 3 coupler and phase signal demodulation is reported in this study. The signal process⁃ing section is based on phase signal demodulation technology， which can process the signal in real time and at high speed. Therefore， the frequency noise and linewidth of the laser under test could be obtained quick⁃ly. The system features a simple optical path structure， no active control， and stable repeatability of mea⁃surement results. However， it is necessary to consider whether the sampled signal contains the maximum 文章编号1004-924X（2023）07-0982-10收稿日期：2022-11-02；修订日期：2022-11-18.基金项目：国家自然科学基金资助项目（No.61827818， No.61975009， No.61975049）第 7 期李光波，等：基于3×3干涉仪和相位信号解调的信号采样对激光噪声的影响and minimum values of the source signal simultaneously when using this scheme. Therefore， the effect on the frequency noise power spectral density of the laser under test is thoroughly discussed with respect to dif⁃ferent sampling windows of 0.5， 0.4， 0.1， 0.05， and 0.01 s. Both simulation and experiment show that the amplitude of the laser frequency noise power spectral density calculated by the signal is too high， and that sampling signals with sampling windows of 0.1， 0.05， and 0.01 s do not contain the maximum and minimum of the source signal. A commercial laser with a wavelength of 1.5 μm and a self-made laser in our laboratory with a wavelength of 2 μm are measured using β-separation line method. The results show that the linewidth of the commercial laser in the 1.5 μm band is 5 kHz， with a measurement time of 2 ms. It also shows that this conclusion can be extended to the entire band.Key words： single-frequency narrow linewidth laser；line width measurement；frequency noise；phase signal demodulation1 引言单频窄线宽激光器线宽窄、噪声低、抗电磁干扰能力强，在光通信、光传感和高精度光谱学等领域有着重要应用［1-6］。
基于Sagnac干涉仪的多点局部放电检测系统
基于Sagnac干涉仪的多点局部放电检测系统
卞晓亮;江俊杰;童欣;杨磊;彭扬帆;严庆刚
【期刊名称】《激光与红外》
【年(卷),期】2024(54)1
【摘要】提出了一种基于光纤Sagnac干涉仪用于多点局部放电超声检测的光纤传感系统。
该超声检测系统由光源、单模光纤延迟线、光纤耦合器、相位调制器、偏振控制器和对比度为1的光纤Sagnac干涉仪组成。
首先介绍了传感系统的超声检测的原理,然后搭建了模拟局部放电超声实验平台,利用Nd∶YAG激光器照射钢板激发出的表面波和高频声源,针对局部放电超声在钢板和变压绝缘油中的传播情况进行了实验。
实验结果证明了使用该系统用于局部放电超声检测的有效性,在100 kHz~200 kHz频率范围内,信噪比可达40 dB以上,同时实验验证了该Sagnac传感器对局部放电超声的多点检测能力。
该光纤超声检测系统结构简单,频率响应高,成本低廉在局部放电等领域有着巨大潜力。
【总页数】7页(P154-160)
【作者】卞晓亮;江俊杰;童欣;杨磊;彭扬帆;严庆刚
【作者单位】国家电网上海市电力公司崇明供电分公司;上海交通大学信息与电气工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TM855;TP212.44
【相关文献】
1.基于光纤Sagnac干涉仪的旋转角度测量系统
2.基于Sagnac干涉仪和Φ-OTDR的光缆振动预警定位系统
3.基于改进型sagnac干涉仪的扰动定位系统
4.基于3×3耦合器的环型Sagnac干涉仪管道监测系统实验研究
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一种基于共轴干涉的相位物体定量成像技术
一种基于共轴干涉的相位物体定量成像技术吴舒哲;唐嘉;熊亮;黄佐华【摘要】为了实现生物组织及相位光栅等透明相位物体的快速定量相位测量与成像,基于共轴干涉及相衬干涉原理,构建了一套相位物体定量相位快速测量与成像系统.分析了定量成像原理,设计了相应的相位提取及恢复算法.通过拍摄单幅或两幅相衬图,实现了相位光栅、水滴等小相位变化的相位样品的定量相位测量与成像.设计了相应的分区差分相位解包裹算法,实现了相位值超过π的微透镜的定量相位测量与成像.结果表明,通过该系统测量所得到的全息相位光栅的相位分布以及不同超声驱动电压下弱超声驻波光栅的相位振幅变化关系与其它方法所得的测量结果基本一致;微透镜的实验测量厚度值与理论计算值相比,绝对误差约为0.03μm.本系统具有一定的可行性和适应性,在生物细胞和组织等透明相位物体的快速测量与成像方面有潜在的应用意义.%In order to implement rapid quantitative phase measurement and imaging for transparent biological tissues, phase grating and other phase objects, based on the principle of in-line interferometry and phase contrast interferometry, an experimental system for fast quantitative measurement and imaging of phase objects was established.The principle of quantitative imaging was analyzed and the corresponding phase extraction and recovery procedures were designed.By shooting one or two phase contrast interferograms, the quantitative phase imagings for phase grating, water microdroplet and other phase objects with small phase variation were realized by the proposed method.A corresponding partition differential phase unwrapping algorithm was designed and the quantitative phase measurement andimaging of micro lens with phase value over π was achieved.The results show that the relationship between phase distribution of the obtained holographic phase grating measured by the system and phase amplitude variation of weak ultrasonic standing wave grating under different ultrasonic driving voltages is basically consistent with the results obtained from other methods.The experimental measurement of micro lens is compared with the theoretical value, and the absolute error is about0.03μm.This system has certain feasibility, adaptability and potential applications on fast measurement and imaging of transparent phase objects such as biological cells and tissues.【期刊名称】《激光技术》【年(卷),期】2017(041)002【总页数】5页(P275-279)【关键词】成像系统;定量相位成像;干涉;相位物体;单幅或两幅相衬图【作者】吴舒哲;唐嘉;熊亮;黄佐华【作者单位】华南师范大学物理与电信工程学院量子调控工程与材料实验室, 广州 510006;华南师范大学物理与电信工程学院量子调控工程与材料实验室, 广州510006;华南师范大学物理与电信工程学院量子调控工程与材料实验室, 广州510006;华南师范大学物理与电信工程学院量子调控工程与材料实验室, 广州510006【正文语种】中文【中图分类】O436.1近十几年来，光学成像技术在微加工制造、材料科学和物态分析等领域，尤其是生物医学领域得到了广泛应用[1-4]。
一种基于干涉光谱的相位型SPR检测装置及方法[发明专利]
![一种基于干涉光谱的相位型SPR检测装置及方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/188dddff55270722182ef774.png)
专利名称：一种基于干涉光谱的相位型SPR检测装置及方法专利类型：发明专利
发明人：邵永红,曾佑君,糜晏瑞彪,王雪亮,屈军乐
申请号：CN201911235449.5
申请日：20191205
公开号：CN110927122A
公开日：
20200327
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明提供了一种基于干涉光谱的相位型SPR检测装置及方法，所述装置包括：光源、偏振器、波片、SPR传感模块、光谱仪以及控制终端。
本发明利用具有一定厚度的波片对入射光中的P 偏振光和S偏振光产生相位延迟，从而发生光谱干涉现象；通过对干涉光谱进行频域‑时域联合算法实时分析SPR共振波长和相位，提高了SPR相位提取准确度；通过获得不同折射率样品的共振波长，通过共振波长获取有效干涉光谱，进而从有效干涉光谱中提取出SPR相位变化，并根据所述SPR相位变化得到待测样品的检测结果，相比于传统相位调制SPR技术，在不需要任何调制器下实现了大动态范围的SPR相位检测，具有抗噪能力强、研发成本低的优势。
申请人：深圳大学
地址：518060 广东省深圳市南山区南海大道3688号
国籍：CN
代理机构：深圳市君胜知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：王永文
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211002142_微结构三维形貌无损检测的双波段显微干涉技术
综合评述2023年第43卷 第1期微结构三维形貌无损检测的双波段显微干涉技术霍霄，高志山*，袁群，郭珍艳，朱丹（南京理工大学 电子工程与光电技术学院，江苏 南京 210094）摘 要：功能型微结构具有调控光场或调控电子导通等功能，一般包含具有规则的几何形状，基于深度和线宽的比值，可以将其区分为高/低深宽比微结构。
目前对微结构的检测，多用有损检测中的扫描电镜（SEM ）剖面成像技术，而产线上迫切需要用于监测与改进制作工艺的无损检测技术。
本文系统总结了作者所在研究团队十余年在微结构三维形貌无损检测方面的低相干显微干涉技术进展，其中白光显微干涉仪用于超光滑表面、台阶、微光学元件、微机械元件等低深宽比微结构的三维形貌检测，近红外显微干涉仪用于硅基高深宽比微结构的三维形貌检测。
文章阐述了两波段显微干涉系统的关键技术与典型样品的检测实例，结果表明：白光显微干涉仪和近红外显微干涉仪是两种高精度的无损检测仪器，前者检测高深宽比小于等于4，后者检测高深宽比大于等于20的微结构三维形貌，数据结果是可信的。
显微干涉无损检测技术获取的三维形貌数据，将有效优化微结构的制造工艺，进一步提升有关器件的性能。
关键词：无损测量；显微干涉法；低相干；三维形貌；微纳器件中图分类号：TB9；TH741；O436.1 文献标识码：A 文章编号：1674-5795（2023）01-0070-11Dual-band microscopic interferometry for nondestructive testing ofthree-dimensional morphology of microstructuresHUO Xiao, GAO Zhishan *, YUAN Qun, GUO Zhenyan, ZHU Dan(Institute of Electronic Engineering and Optoelectronic Technology, Nanjing University of Science andTechnology, Nanjing 210094, China)Abstract: Functional microstructure has the function of regulating light field or electronic conduction, and generally contains regular geometric shapes. Based on the ratio of depth to line width, it can be divided into high/low-aspect-ratio microstructures. At present, the detection of the geometric characteristic parameters of the microstructure is mainly conducted by SEM, which belongs to the destructive detection. The production line urgently needs non-destructive testing technology to monitor and improve its manufactur‑ing process. This article systematically summarizes the progress made by the author's research team in the low-coherence microscopic-interference technology for nondestructive testing of three-dimensional (3D) morphology of microstructures in the past ten years. The white light microscopic interferometer is used to detect the 3D topography of ultra-smooth surfaces, steps, micro optical elements, mi‑cro mechanical elements and other low aspect ratio microstructures. A near-infrared micro interferometer is used to detect the 3D mor‑phology of silicon based high aspect ratio microstructures. In this paper, the key technologies of the two band microscopic interference doi ：10.11823/j.issn.1674-5795.2023.01.06收稿日期：2022-12-24；修回日期：2023-01-10基金项目：国家重点研发计划（2019YFB2005500）；国家自然科学基金（62175107，U1931120）；江苏省六大人才高峰项目（RJFW-019）；中国科学院光学系统先进制造技术重点实验室基金（KLOMT190201）；上海在线检测与控制技术重点实验室基金（ZX2021102）引用格式：霍霄，高志山，袁群，等.微结构三维形貌无损检测的双波段显微干涉技术［J ］. 计测技术，2023，43（1）：70-80.Citation ：HUO X ， GAO Z S ， YUAN Q ， et al. Dual-band microscopic interferometry for nondestructive testingof three-dimensional morphology of microstructures ［J ］. Metrology and measurement technology ， 2023， 43（1）：70-80.··70计测技术综合评述system and the tests of typical samples are described. The results show that white light micro interferometer and near-infrared micro in‑terferometer are two kinds of high-precision nondestructive testing instruments. They can detect the 3D morphology of the microstruc‑tures with aspect ratio ≤4, and ≥20, respectively. The 3D topography data obtained by the microscopic-interference nondestructive test‑ing technology will effectively promote the optimization of the manufacturing process of the microstructure and the further improvementof the performance of related devices.Key words: nondestructive measurement; microscopic interferometry; low coherence; three-dimensional topography; micro-nanodevice0 引言功能微结构器件是一种在深度方向（一维）与横向（二维）同时存在尺度在微米或亚微米量级的纹理组织结构，在空间上一般呈现三维分布。
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图 １ 干 涉 检 测 系 统 结 构
前 的反射 光与 同一 子镜 上测 量 波前 的反 射光 相 干涉所 形 成 的条纹 。两 幅 干涉 图形 由 Ｃ Ｄ相 机 进行探 测 ， Ｃ 通过
干涉 图形 ： 幅是 子 镜 ２ ｓｇ ｎ ｒｏ ） 参 考 波 一 （ ｅ ｍｅ ｔｍｉ ｒ２ 上 ｒ 前 的反 射光 与子镜 １ ｓｇ ｎ ｒｏ ） 测 量 波前 的 （ｅ ｍｅ ｔｍｉ ｒ１ 上 ｒ 反 射光相 干 涉所形 成 的条纹 ； 一 幅是子 镜 ２上 参考 波 另
Ｆ ｇ． Ｔｈ ｏ ｅ ｉ ｔ ｕ ｔ ｒ ｆｔ ｎ ｅ ｆ ｒ ｍｅ ｒ ｙ ｔ ｍ ｉ １ ｅ ｒ ｔｃ ｓ ｒ ｃ ｕ ｅ ｏ ｈｅ ｉ ｔ ｒｅ ｏ ｔ ｉ ｓ ｓ ｅ ｃ
源 系 统 的 应 用 ， 以 提 高 自光 干涉 中心 条纹 的信 号 分 辨 能 力 ， 以 提 高 检 测 精 度 ， 得 该 自 光 干 涉 检 测 系 统 对 可 借 使 拼 接 子镜 间 的 相 位 失 调 误 差 进 行 高 精 度 提 取 。
关 键 词 ： 宽 光 谱 干 涉 系 统 ； 拼 接 主 镜 ； 相 位 误 差 ； 检 测 技 术 ； 误 差 提 取技 术
摘 要 ： 针 对 拼 接 式 大 口径 望 远 镜 主镜 ， 出一 种 基 于 迈 克 尔 逊 干 涉 原 理 基 础 上 的宽 带 光 谱 （ 光 ） 涉 提 白 干
检 测 方 法 ， 拼 接 子 镜 间 相 位 误 差 进 行 实 时 检测 ， 而 对 失 调 子 镜 进 行 相 应 校 正 ， 实 现 拼 接 子 镜 的共 面 排 布 。 对 进 以
中 图 分 类 号 ： ＴＮ２ ７ ４ 文 献 标 பைடு நூலகம் 码 ： Ａ
由拼接 式 主镜面 所形 成 的望 远镜 光学 系统 ， 与单 块 整镜 主 镜相 比较 而言 ， 其所 面 临 的主要 问题 就是 拼接 子 镜 间的共相 位 问题 ， 即拼 接子 镜 间 的相位 调整 问题 。望 远镜 在 进行 天体成 像 时 ， 为使得 望 远镜 系统 达 到或接 近 于衍 射极 限的成 像质 量 ， 拼接 子镜 间沿 镜 面垂直 方 向 的误 差 （ ｉ ｏ ｐｓ ｎ误 差 ） 被校 正 到入 射 光 波 长 的几 分 之一 ｔ 需
（ 于 １ ０ｎ 。 国外 发 展 了很 多对 拼接子 镜 之 间进行 ｐｓｏ 小 ０ ｍ） ｉ ｎ误差 提 取 的相 关技 术 ， ｔ 例如 ： 射技 术 ， 衍 主要 是
提取子镜 节 间 区域 的衍 射 图像 ， 以来 决定 子镜 间 ｐｓｏ 借 ｉ ｎ误差 ； ｔ 曲率 传感 技 术 ［ ， 过 测量 子 镜 间边 缘 的相位 ２通 ］ 不 连续性 来重 构子 镜 间相对 的 ｐｓｏ 误 差 值 ； 位 多 样 性 技术 ［ ， 用 迭代 的方 法 来 探 测 与 测 量 数 据 相 匹 配 ｉ ｎ ｔ 相 ３应 ］ 的光 瞳像差 ， 该测 量数 据通 过 一对 焦 内和离 焦 的图像 来 获得 。本 文是 在基 于迈 克逊 干涉 原 理 的基 础上 ， 用 宽 利 带 光谱 干涉检 测技 术对 望 远镜 子镜 间相 位误 差进 行 检测 ， 镜 间 的 ｐｓｏ 子 ｉｔｎ误 差 通过 干 涉产 生 的两 幅 干涉 图形 的不 匹配性来 进行 提取 。该 检 测 系统 的创新 性在 于单 色 光 源 与双 中心 波长 组合 自光源 （ 斯 型 ） 高 同时应 用 ， 通 过 双 中心波长 组合 白光 源 的应 用 ， 比于单 中心 波长 高斯 型 自光 而言 ， 以大 幅度提 高 干涉 图形 的 中心条 纹信 相 可 号 分辨能 力 ， 而提 高子 镜 间相 位误 差 的检测 精度 。 进
发射 到两块 拼接 子镜 的分 界 面处 ， 参考 光 束则完 全 垂 直
麓
照射 到其 中一块 子镜 上 ， 且 该光 束尽 可 能靠近 子 镜 间 并 接连 区域 边 缘 。两 束 相 干 光 被 反 射后 ， 次 经 分 光 棱 再
镜 ， 干涉仪 的观 测臂 产生 干 涉 。具体 来说 将产 生 两 幅 沿
１ 系统 结 构 设 计
该检 测 系统 的结 构 如 图 １所 示 。光 源 光 束 经 准 直
后， 通过分 光立 方 体 棱 镜 （ Ｓ 将 其 分 成 两 部 分 ， 测 Ｂ Ｃ） 即 量光 束 （ ） 参考 光 束 （ ） ＭＢ 和 ＲＢ 。为 了对 拼接 主镜 间 的 ｐｓｏ ｉ ｎ误 差进 行测 量 ， 干 涉检 测 系统 的测 量光 束 垂 直 ｔ 该
基 于宽 光 谱 干 涉 系统 的 拼 接 主 镜 共相 位 检 测 技 术
宋贺伦 ， 鲜 浩 ， 黄 健 ， 姜文汉 。
（．中 国 科 学 院 光 电 技术 研 究 所 ，成 都 ６ ０ ０ ；２ １ １ ２ ９ ．中 国科 学 院 研 究 生 院 ， 京 １ ０ ３ ） 北 ０ ０ ９
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第 ２ ０卷
第 １期
强 激 光 与 粒 子 束
ＨＩ ＧＨ ＰＯＷ ＥＲ ＬＡＳＥＲ ＡＮＤ ＰＡ ＲＴＩ ＣＬＥ ＢＥＡＭ Ｓ
Ｖｏ． １ ２Ｏ。 ｏ Ｎ ．１
２０ ０ ８年 １月
Ｊ ｎ ，０ ８ ａ ．２０
文 章 编 号 ： １ ０—３ ２ ２ ０ ） １０ ４—４ ０ １ ４ ２ （ ０ ８ ０ － ０ １０