本文選題：隨機(jī)相移 + 誤差傳遞��； 參考：《中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所》2017年博士論文

【摘要】：隨著近幾十年來激光技術(shù),微電子技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展,光學(xué)系統(tǒng)也逐漸向著一“大”和一“小”兩個(gè)方向發(fā)展。一“大”指的是為了獲得更好的空間分辨率,光學(xué)系統(tǒng)的口徑越來越大。以大型地基望遠(yuǎn)鏡GMT為例,其主鏡的整體口徑達(dá)25米,單體口徑則要求8.4米。一“小”則是指的光學(xué)元件的面形誤差要求越來越小。如光刻機(jī),特別是以極紫外光刻機(jī)為代表的光學(xué)系統(tǒng)對(duì)光學(xué)元件的面形質(zhì)量提出了精度優(yōu)于亞納米級(jí)別的制造要求。如何保證光學(xué)元件在這一“大”一“小”兩個(gè)趨勢(shì)中的高效檢測(cè)對(duì)其制造至關(guān)重要。作為光學(xué)件面形檢測(cè)的最終環(huán)節(jié),相移干涉測(cè)量技術(shù)在這一“大”一“小”兩個(gè)趨勢(shì)中面臨巨大挑戰(zhàn)。在大口徑檢測(cè)方面,外界振動(dòng)及空氣擾動(dòng)使傳統(tǒng)的相移技術(shù)無法給出正確的測(cè)量結(jié)果,需要發(fā)展動(dòng)態(tài)干涉測(cè)量。在高精度面形檢測(cè)方面,相移誤差一直是限制檢測(cè)精度的一個(gè)最重要誤差源。本文正是在這一背景下研究一種可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜環(huán)境下的高精度相位恢復(fù)技術(shù)——隨機(jī)相移技術(shù)。在前人研究的基礎(chǔ)上,本文主要針對(duì)隨機(jī)相移技術(shù)存在的一些關(guān)鍵問題做了以下幾個(gè)方面的研究,并取得了一些突破性進(jìn)展:(1)以傅立葉分析為工具,研究了基于頻域傳遞函數(shù)(Frequency Transfer Function,FTF)的傳統(tǒng)定步長(zhǎng)相移算法的通用誤差傳遞模型。從矩陣方程的條件數(shù)入手,分析了任意步長(zhǎng)最小二乘相移算法的誤差敏感性,首次明確指出相移量區(qū)間(采樣區(qū)間)對(duì)隨機(jī)相移算法求解精度的重要性,并推導(dǎo)了隨機(jī)相移算法的誤差傳遞模型。提出了一種基于Lissajous橢圓到單位圓(Ellipse to Circle,ETC)的相位提取誤差校正方法,該方法適用于任意相移算法,為隨機(jī)相移算法的優(yōu)化提供了基礎(chǔ)。(2)研究了基于迭代最小二乘的隨機(jī)相移算法——AIA,指出限制該方法應(yīng)用范圍的兩個(gè)假設(shè)條件,并提出了基于Lissajous標(biāo)定的完全隨機(jī)相移算法(ETCI)。ETCI可以同時(shí)提高現(xiàn)有AIA算法的收斂速度和計(jì)算精度。研究了另外一種隨機(jī)相移算法,主元素分析法(PCA)。針對(duì)PCA要求干涉條紋數(shù)目大于1的限制條件,提出了基于高階橢圓擬合的增強(qiáng)型主元素分析法(EPCA)。可以實(shí)現(xiàn)條紋數(shù)目少于1情況下的完全隨機(jī)相移干涉圖的非迭代相位解調(diào)。(3)論述了干涉條紋圖預(yù)處理對(duì)于隨機(jī)相移技術(shù)的重要性,介紹了三種干涉條紋圖的歸一化技術(shù),并指出了三種方法的優(yōu)缺點(diǎn),為不同應(yīng)用場(chǎng)合下的干涉圖預(yù)處理提供參考。對(duì)于歸一化后的干涉圖,根據(jù)相移量空間分布的復(fù)雜性分別研究了三種不同情況下的二幀隨機(jī)相移技術(shù)。對(duì)于隨機(jī)平動(dòng)相移量提出一種簡(jiǎn)單的二幀相移算法——LEF,可以同時(shí)快速計(jì)算出相移量和相位分布。針對(duì)振動(dòng)造成的隨機(jī)傾斜相移量,提出了一種基于特殊點(diǎn)提取的全幅值傾斜相移量計(jì)算方法。該方法具有非迭代,高精度、全幅值等優(yōu)點(diǎn)。針對(duì)空間非均勻分布的隨機(jī)相移量,研究了基于多項(xiàng)式擬合的相移量提取方法,并指出其適用范圍。(4)研究了隨機(jī)相移技術(shù)的動(dòng)態(tài)應(yīng)用。指出實(shí)現(xiàn)時(shí)域動(dòng)態(tài)相移所需的前提條件,提出一種不需要高速CCD和高速響應(yīng)相移器的時(shí)域動(dòng)態(tài)相移方案。研究了空域同步相移技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方法。分析了空域相移的原理誤差,并提出了一種像素級(jí)別的Lissajous圖和橢圓擬合技術(shù)(Pixeled Lissajous figure Ellipse Fitting,PLEF),可以校正由背景光強(qiáng),調(diào)制度和相位分布的空間變化帶來的原理誤差。對(duì)文中所提出的隨機(jī)相移算法在自制干涉儀上進(jìn)行了重復(fù)性實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)表明,基于Lissajous標(biāo)定的迭代隨機(jī)相移算法重復(fù)精度優(yōu)于0.05nm。在Zygo GPI干涉儀上進(jìn)行了隨機(jī)相移算法的抗振動(dòng)實(shí)驗(yàn),表明ETC可以有效校正由于高頻振動(dòng)帶來的二倍條紋誤差。
[Abstract]:In this paper , the error sensitivity of the traditional fixed - step phase shift algorithm based on frequency domain transfer function ( FTF ) has been studied . ( 3 ) The importance of interference fringe pattern preprocessing on random phase shift technology is discussed . The advantages and disadvantages of three kinds of interference fringe patterns are introduced . A simple two - frame random phase shift method based on polynomial fitting is presented in this paper .
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：O436.1

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7 朱s，

本文編號(hào)：1987197