【摘 要】
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随着微纳技术的迅速发展,MEMS元件、微透镜阵列、微传感器等微光学元件广泛应用于各种领域,因此对微纳结构实现精确测量具有重要意义。相移数字全息技术具有全场、无接触、快速测量等特点,但传统机械移动的相移方法在测量过程中会不可避免的引入随机误差及系统误差,从而产生相位畸变,在对微纳结构进行测量时,存在分辨率低、像质不理想等问题。因此,如何提高相移数字全息系统的相位重建精度成为当前主要的研究方向。空间光
【基金项目】
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基础科研项目（编号:JCKY2018426C002）; 陕西省科技厅项目（编号:2019KW-016）
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随着微纳技术的迅速发展,MEMS元件、微透镜阵列、微传感器等微光学元件广泛应用于各种领域,因此对微纳结构实现精确测量具有重要意义。相移数字全息技术具有全场、无接触、快速测量等特点,但传统机械移动的相移方法在测量过程中会不可避免的引入随机误差及系统误差,从而产生相位畸变,在对微纳结构进行测量时,存在分辨率低、像质不理想等问题。因此,如何提高相移数字全息系统的相位重建精度成为当前主要的研究方向。空间光调制器（Spatial Light Modulator,SLM）具有实时控制,且对光场能够实现纯相位调制的特点,本文将该器件与相移数字全息技术相结合,开展了基于SLM的相移数字全息显微测量技术研究,主要工作如下:1.为解决传统机械相移存在随机误差及系统误差的问题,将SLM应用于相移数字全息系统中,本文对反射式相位型SLM展开研究。建立反射率-相位延迟数学模型,仿真分析了不同偏振角分别与SLM反射率和相位延迟之间的关系。构建光功率计实验系统,验证了当偏振角与SLM的液晶光轴方向夹角为0°时,可工作在纯相位模式。为便于标定最佳偏振条件下SLM器件的相位调制曲线,基于数字波面干涉测量系统,研究了一种灰度编码的方法,获得了该器件不同灰度值对应调控的相位。2.为消除SLM的边缘效应和空间不均匀性,提出了一种二次相位标定方法。通过二维图像插值算法及灰度化算法,设计畸变相位共轭灰度图,对每个液晶单元的灰度值进行调节,达到修正整体畸变相位的目的。实验结果表明:二次相位标定法可减少液晶间相位调制误差,使得波前相差的PV值由0.182λ减小到0.088λ,RMS值由0.039λ减小到0.022λ,有效提高了SLM的相位调制精度。3.构建基于SLM的Mach-Zehnder相移数字全息系统,对相位物体微透镜阵列进行测量,验证了SLM作为相移器的有效性。将二次标定后的SLM应用于相移数字全息测量系统中,微透镜阵列纵向矢高的相对误差由3.23%减少到1.31%。实验结果表明:本文提出的方法应用于微光学元件的相位测量,降低了畸变相位对再现相位的影响,提高了相移数字全息显微系统的测量精度。
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