基于光學(xué)法測(cè)量元件三維面形結(jié)構(gòu)及表面粗糙度的研究.pdf

1、表面粗糙度通常作為描述表面粗糙程度的重要參數(shù)之一，它的大小間接反映了元件的質(zhì)量，同時(shí)很大程度上影響和決定了元件的使用性能。尤其隨著技術(shù)的發(fā)展，對(duì)儀器設(shè)備部件精密化程度和光學(xué)表面光滑程度提出了更高要求，快速準(zhǔn)確評(píng)估元件表面粗糙程度具有重要意義。因此，更快更準(zhǔn)的測(cè)量元件的表面粗糙度一直是研究的熱點(diǎn)。＞
　　本文主要包含兩方面的研究?jī)?nèi)容，低散射體(σ＜0.1μm，T＞＞λ)的散射特性及白光干涉法測(cè)量表面形貌。在探究低散射體(σ＜0.1，

2、T＞＞λ)的散射特性方面，首先介紹了低散射體的理論模型，該模型以基爾霍夫理論為基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)基爾霍夫衍射公式的拓展合理的導(dǎo)出散射場(chǎng)方程。其次，采用隨機(jī)過(guò)程與時(shí)間序列相結(jié)合的方法模擬出了均方根偏差σ=0.02μm，T=15μm,σ=0.02μm，T=30μm及σ=0.05μm，T=15μm、σ=0.05μm，T=30μm二維和三維粗糙表面，并且使用MATLAB模擬了σ=0.05μm，T=5μm、σ=0.05μm，T=15μm、σ=0.01μ

3、m，T=5μm及σ=0.01μm，T=15μm四種二維高斯分布粗糙表面形成的散射場(chǎng)。結(jié)果表明：
　?。?）表面垂直高度信息與均方根偏差?有關(guān)，隨著?的增大，表面垂直高度差增加；表面水平信息與表面相干長(zhǎng)度T有關(guān)，隨著T的增大，表面趨向平滑。
　?。?）低散射體形成的光強(qiáng)分布在反射方向強(qiáng)度極強(qiáng)，其他方向較弱，表明表面越粗糙，對(duì)光的散射能力越強(qiáng)。
　　最后，采用實(shí)驗(yàn)方法探究低散射體(σ＜0.1μm，T＞＞λ)的散射特性。在粗

4、糙度與光強(qiáng)之間的關(guān)系方面，通過(guò)分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)散射場(chǎng)的仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)處理結(jié)果是基本相符的；在表面粗糙度Ra與散斑對(duì)比度C關(guān)系方面，結(jié)果表明Ra與散斑對(duì)比度C近似呈線性關(guān)系。
　　在白光干涉法實(shí)驗(yàn)測(cè)量表面形貌方面，主要進(jìn)行了理論仿真探究和初步的實(shí)驗(yàn)。以LED為光源的Twyman干涉儀作為測(cè)量裝置，分析了白光干涉測(cè)量原理。選取一種表面高度分布函數(shù)并采用表面生成算法，通過(guò)使用matlab編程進(jìn)行了仿真。從仿真結(jié)果可以看出由算法生成的表面