MEMS激光外差干涉儀相位差提取與面形擬合算法研究.pdf

1、紅外光學材料在光電子精密裝備、紅外相機、大型激光器窗口、半導體硅片等領域中都有非常廣泛的應用,但是目前廣泛使用的激光外差干涉儀光源大多數(shù)是可見光波段,且工作模式基本都是反射式的,因此無法對紅外光學材料的內部微觀結構,如光學厚度、內部應力變化等做精密測量。本文中所使用的1550nm波長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對紅外光學材料的內部微觀結構進行精確測量。
　　MEMS掃描紅外激光

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

3、長MEMS掃描紅外激光外差干涉儀對待測物的光學均勻性、相對光學厚度等進行精密測量的工作原理,并提出了對干涉儀數(shù)據(jù)進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正交解調法和最小二乘法。并通過中頻信號信噪比、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這三種算法分別進行了詳細的分析和討論。
　　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多項式擬合干涉波面的方法,通過改變Zernike多項式的階數(shù)對這兩種方法的計算精度進行了模擬仿真。
　　最后,將最小二乘相位提取算法和Zernike多項式數(shù)據(jù)擬合算法結合組成本文的MEMS激光外差干涉儀相位差提取與面形擬合算法,依據(jù)實驗時的系