实时测量表面形貌的正弦调制半导体激光干涉仪.pdf

【正弦调制半导体激光干涉仪】是一种高精度的非接触式表面形貌测量设备，它采用正弦相位调制技术，适用于实时监测和分析物体表面的微观几何特性。这种干涉仪的核心在于通过半导体激光器（LD）发出的激光，经过准直和分束后，一部分照射到参考镜上，另一部分照射到被测物体表面，两束光在干涉后产生的信号由高速CCD图像传感器捕捉。 正弦相位调制是干涉仪的关键技术，它通过改变激光的相位来获取被测表面的相位信息。在该系统中，半导体激光器发出的激光经过L1透镜进行准直和扩束，随后通过分束棱镜分成两束。一束光反射自参考镜，形成稳定的参考光束；另一束光则反射自被测物体，形成物光。这两束光在空间中重新交汇，产生干涉条纹。高速CCD传感器实时捕获这些干涉条纹的变化，这些变化与被测表面的相位分布直接相关。 信号处理电路包括实时鉴相处理电路和时序控制电路，它们共同负责从CCD输出的信号中提取出相位信息。实时鉴相电路通过对干涉信号的分析，可以精确地解调出被测表面的相位分布，从而推算出表面形貌。时序控制电路则确保整个测量过程的同步和精确，以实现高效率的测量。 该文中提到的实验使用了30×30个测量点，整个测量过程小于10毫秒，表明了这种正弦相位调制半导体激光干涉仪的高速实时性能。实验结果显示，该仪器的重复测量精度高达4.3纳米，证明了其在表面形貌测量中的高精度和稳定性。 相比传统的接触式测量方法，如接触探针，非接触式的光学干涉测量法避免了对被测表面造成损伤的问题，并且具有更高的测量精度和灵敏度。而正弦相位调制干涉法相对于外差干涉法和移相干涉法，具有操作简单、抗干扰能力强的优势，因此在工业生产和科学研究中得到了广泛应用。 在机械、电子和光学器件等领域，表面形貌的精确测量至关重要，因为它直接影响到器件的性能和质量。通过实时测量，半导体激光干涉仪能有效地监控制造过程中的微小变化，为产品质量控制提供有力支持。而这种基于低速CCD的高速图像传感器和优化的信号处理电路的设计，使得系统在保持高精度的同时，降低了复杂性和成本，为实际应用提供了更优的选择。