5倍长工作距白光干涉显微物镜的设计与实验研究

发布时间：2020-06-13 14:15

【摘要】：干涉显微物镜是一种在传统的显微物镜结构中加入干涉模块,实现显微放大与等光程干涉两种功能的物镜。为了方便检测类似半球的表面微观形貌,通常要求干涉显微物镜具有较长的工作距离。目前,在齐焦距离为45mm时,市面上现有的5倍干涉显微物镜的最长工作距离仅为9.3mm,在进行某些测量时仍受工作距离不足的限制。本论文旨在设计与研制长工作距离的5倍干涉显微物镜,从Mirau型、Liinnik型、Michelson型三种干涉显微物镜的结构形式出发,对三种结构的干涉显微物镜的优缺点进行分析,选用Michelson型结构作为5倍干涉显微物镜的干涉腔结构,从显微物镜的像差问题和实用性两方面出发,选择“正负负正”的对称型双胶合结构的显微物镜结构,并以长工作距为目的,对光学系统进行优化,最终得到19.06mm的工作距离。本文采用反射式中心偏测量仪和ZYGO激光干涉仪对干涉物镜进行装调,并设计了反射式装调光路。在长工作距5倍干涉显微物镜研制完成后,用其检测球面样品的表面粗糙度,针对低频球形轮廓不同于平面、引入表面微观形貌的测量误差的问题,提出一种消球处理方法,采集5倍干涉显微物镜对光学球面的白光干涉条纹数据,利用傅里叶变换(FFT)和二阶极坐标变换得到光学球面的曲率半径和表面形貌信息,再将表面形貌信息中的曲率半径消去,计算表面粗糙度,可得到相对精确的光学球面表面粗糙度。实验结果表明:与Taylor-Hobson接触式轮廓仪数据进行对比,消球处理的方法有效。
【图文】：

系统结构图,干涉显微镜,系统结构

度短、可明确零级条纹位置的特点，避免了单色光干涉条纹级次不明确的影响，因此为逡逑了提高测量的精确度，干涉显微系统中通常采用白光作为其光源。干涉显微物镜根据结逡逑构不同可分为Ｍｉｃｈｅｌｓｏｎ型、Ｍｉｒａｕ型和Ｌｉｎｎｉｋ型三种类型。图１．２为干涉显微的系统逡逑结构简图。逡逑ｃｃｄ邋ｒｎ—逦逡逑辅助透镜茶逦逦邋￣逡逑Ｉ图~#集卡悬逡逑聚光镜组孔径光阑透反｜揣Ｉ逦＾逡逑ｌ逦Ｉｉ＋ｍ邋Ｉ邋ｌ逡逑＿素灯逦乫灥｜罐：物镜接口逦结逡逑逦ｒ—逦１逦构逡逑N，被测样品逡逑ＸＹＺＥＵｉＪＩｉｅ．＾＾逦Ｙ逡逑＼邋＾逦逡逑．逦灥调整台逡逑图１．２干涉显微镜的系统结构简图逡逑３逡逑

物镜,公司,倍率,焦距

究起步很早，，己经形成了成熟的商业化模式。其中，Ｎｉｋｏｎ公司、Ｌｅｉｃａ公司和Ｔｈｏｒｌａｂｓ逡逑公司已能够批量生产一系列高性能的干涉显微物镜，在干涉显微物镜领域中处于世界领逡逑先水平。图１．３为Ｎｉｋｏｎ公司所生产的一系列的干涉显微物镜，图中四个干涉显微物镜逡逑的放人倍率从左＆右依次为５０倍、２０倍、１０倍、５倍。逡逑＾逦＾逦．．p海濉鲥义希咤蜗渝喂軠W、．逦：、逡逑，…。：：：Ｉ邋Ｉ邋二修＇逡逑：姻搤Ｊ邋＇邋＇逡逑１逦＾逦％邋Ｉ邋歌？逡逑泰邋＾邋Ｓ逦＊逡逑１邋？；逦＾逦■邋ｖ－ｔｅ，：／邋ｉ邋＇ｉｍ＾％逡逑图１．３邋Ｎｉｋｏｎ公司干涉显微物镜逡逑在齐焦距离为４５ｍｍ时，Ｎｉｋｏｎ公司各倍率干涉显微物镜的参数如表１．１所示。逡逑逦表１．１邋Ｎｉｋｏｎ公司干涉显微物镜参数逦逡逑倍率逦有效焦距逦工作距离逦数值孔径逡逑５Ｘ逦４０ｍｍ逦９．３ｍｍ逦０．１３逡逑１０Ｘ逦２０ｍｍ逦７．４ｍｍ逦０．３逡逑２０Ｘ逦１０ｍｍ逦４．７ｍｍ逦０．４逡逑５邋ＯＸ逦４ｍｍ逦３．４ｍｍ逦０．５５逡逑国内对于干涉显微物镜还处于研宄阶段，市面上还没有国产的干涉显微物镜成品可逡逑供购买。国内千涉显微物镜研究的主要成果有：马骏等人所申请的中国专利“一种通过逡逑对长工作距显微物镜改装的干涉显微物镜”、徐静浩等人所申请的中国专利“干涉显微逡逑４逡逑
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH742

【参考文献】