[实用新型]物体表面形貌纳米精度的实时干涉测量装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及到物体表面形貌的测量，特别是一种物体表面形貌变化范围在毫米内的纳米精度的实时干涉测量装置。

背景技术

在光学精密干涉测量中，正弦相位调制干涉测量是一种高精度的干涉测量方法，很容易实现干涉信号的相位调制，从而实现位移、距离、面形等参数较高精度的测量。在面形测量中，根据解相方法不同分为锁相法、傅里叶分析法、积分法。用傅里叶分析法解相位，面形测量可以达到零点几个纳米精度，但是现代工业中很多生产场合要求实时测量，为了解决这个问题，日本新泻大学的铃木孝昌(T.Suzuki)等人于1989年提出锁相法解相位，该方法实现了实时测量表面形貌(在先技术[1]，T.Suzuki，O.Sasaki，T.Maruyama，“Phase locked laser diode interferometryfor surface profile measurement，”Appl.Opt.，28(20)：4407-4410，1989)。

在先技术[1]中，先用光电探测元件得到干涉信号的交流分量：

s(t)＝s₀cos[zcosω_ct+α(x)]，    (1)

式中：s₀为干涉信号交流分量的振幅。ω_c为正弦相位调制的频率，z为正弦相位调制的调制深度，待测量振动物体的相位α(x)＝4πD(x)/λ₀，其中D(x)为被测物体的位移：

D(x)＝(D₀/λ₀)βI_c(x)。    (2)

式中β为波长的调制系数，2D₀为被测物体静止时干涉仪两臂的光程差。上式表明，通过反馈控制电流I_c(t)，能测量物体的表面形貌D(x)。由反馈控制半导体激光器的注入电流实现锁相。将(1)式展开，将一阶频谱分量的振幅作为反馈信号U(x)，可表达为：

U(x)＝-2J₁(z)sinα(x)。    (3)

利用反馈信号U(x)控制半导体激光器的注入电流I_c(t)，使反馈信号U(x)保持一个常量，不受外界干扰，从而可得相位α(x)，即表面形貌。

从(3)式知，在先技术[1]的测量范围小于半个波长；反馈电路积分电容不能突变，导致测量速度低、测量区域为几十个测量点、测量时间较长；若增加测量点数，测量时间更长。

铃木孝昌(T.Suzuki)等人于1994年提出积分法解相位，该方法实现了实时测量二维表面形貌(在先技术[2]，Takamasa Suzuki，OsamiSasaki，Jinsaku Kaneda，Takeo Maruyama，“Real time two-dimensionalsurface profile measurement in a sinusoidal phase modulating laser diodeinterferometer，”Opt.Eng.，1994，33(8)，2754-2759)。

在先技术[2]中，每次测量至少需要4幅干涉图，测量时间为22ms，测量精度14nm，测量范围小于半个波长。

发明内容

本实用新型的目的就是为了克服上述在先技术中的不足，提供一种物体表面形貌纳米精度的实时干涉测量装置，实现实时干涉测量，纳米精度，面形测量范围在毫米内。

本实用新型的物体表面形貌纳米精度的实时干涉测量方法是采用滤波法解相位的干涉测量方法。

本实用新型的技术解决方案如下：

一种物体表面形貌纳米精度的实时干涉测量装置，包括一光源，沿该光源输出光束的前进方向依次是准直扩束镜、分束器和被测量物体，在所述的分束器的反射光束方向有一参考镜，在所述的参考镜4的反射光束穿过所述的分束器的透射光束方向是一光电探测元件，其特征在于还有：

由第一放大器、第二放大器和计算电路构成的相位探测电路，该第一放大器和第二放大器的输出端同时接计算电路的输入端；

由实时解相电路、相位修正电路和表面形貌值计算电路依次连接构成的实时相位数据处理电路；

由直流电源输出的电压和交流信号源输出的正弦调制信号经半导体电流调制器对所述光源进行驱动和调制；