激光并行共焦測量系統(tǒng)的并行光源研究.pdf

1、激光共焦顯微術(shù)是現(xiàn)代加工制造、生物醫(yī)學等領(lǐng)域中探知樣品表面微形貌的重要技術(shù)手段之一。本學位論文選題來源于國家自然科學基金--基于并行像散共焦探測原理的微結(jié)構(gòu)三維形貌測量基礎(chǔ)研究(50775063)，重點研究激光并行光源，克服由于泰伯效應給測量帶來的影響，并構(gòu)建柔性的數(shù)字并行光源，提高共焦測量速度，擴展共焦測量用途。
　　 激光用于并行共焦測量系統(tǒng)可以提高測量分辨率，因泰伯效應會產(chǎn)生多個共焦像，致使無法辨識正焦面位置，使測量無法實

2、現(xiàn)；針孔陣列、微透鏡陣列等均能實現(xiàn)光束分割，用于并行共焦測量，但是這些光分束器件普遍存在制作困難、價格昂貴等缺點，而且器件一旦制作完成，其參數(shù)將不能更改，因而對不同的被測對象的適應性較差。
　　 因此，本論文圍繞激光并行共焦測量中的并行光源開展了系統(tǒng)深入的研究，主要的研究工作和創(chuàng)新點如下：
　　 (1)建立了激光并行共焦測量的泰伯間距模型
　　 在菲涅耳衍射光學的基礎(chǔ)上，建立了激光并行共焦測量系統(tǒng)的泰伯間距模型，

3、推導了系統(tǒng)中的物方泰伯間距公式，指出了物方泰伯間距zγ與光源波長λ、光分束器件周期d，以及望遠鏡組視覺放大率г之間的關(guān)系：zγ=(dг)2/λ，為研究克服泰伯效應對測量影響的方法提供了理論依據(jù)。
　　 (2)提出了多種克服泰伯效應影響的方法
　　 泰伯間距計算數(shù)學模型表明：減小光源的波長λ、擴大光分束器件的周期d、增加望遠鏡組的視覺放大率г均可擴大泰伯間距。在此基礎(chǔ)上，提出了多光源系統(tǒng)、雙光源系統(tǒng)，以及采用微透鏡陣列與針

4、孔陣列的合成光分束器件等多種測量系統(tǒng)構(gòu)建方案，較好地克服了泰伯效應對激光并行共焦測量的影響。上述研究成果已申請1項國家發(fā)明專利。
　　 (3)建立了基于數(shù)字微鏡器件的柔性并行光源的空間光調(diào)制模型
　　 建立了數(shù)字微鏡器件(DMD)在相干光照射下的反射及衍射模型，得到了DMD經(jīng)調(diào)制后形成的光場是一個包含了DMD自身的衍射圖像、DMD所顯示圖像的實像、虛像的復雜二維周期性光波場的結(jié)論，證明了若僅利用DMD所成的點光源陣列實像

5、，則激光并行共焦測量可不受泰伯效應影響，并由此提出了“單光源雙光路”的激光并行共焦測量系統(tǒng)構(gòu)建方案，并申請了1項國家發(fā)明專利。
　　 (4)構(gòu)建了基于數(shù)字微鏡器件的激光并行共焦測量系統(tǒng)
　　 研究了基于DMD的柔性數(shù)字光源構(gòu)建方法，通過操作者的簡單設(shè)置，即可控制生成任意尺寸和間距的點陣列光源、柵狀光源以及混合光源，既降低了陣列光源制作成本，又能根據(jù)不同的被測對象制定不同的測量策略，擴展了并行共焦測量的應用范圍。該研究成果

6、已申請1項國家發(fā)明專利，獲得1項實用新型專利。
　　 (5)研制了單光源雙光路激光并行像散共焦測量裝置并完成了相關(guān)實驗研究
　　 較系統(tǒng)地分析了光源、光分束器件、CCD及其他光學器件特性對測量的影響，搭建了單光源雙光路激光并行像散共焦測量實驗裝置，研究了抑制系統(tǒng)構(gòu)建誤差導致的光點漂移影響的圖像處理方法，提高了數(shù)據(jù)處理精度及可靠性。實驗結(jié)果表明：利用基于DMD的并行光源可以辨識出正焦面位置，克服泰伯效應對測量的影響；利用基