一种光频梳参考的波长扫描三维形貌测量系统技术方案

一种光频梳参考的波长扫描三维形貌测量系统，包括光频梳参考可调谐光源模块和菲索干涉模块，光频梳参考可调谐光源模块包括：飞秒光学频率梳、波长计、可调谐激光器和拍频探测及锁定反馈模块，飞秒光学频率梳提供可以溯源至原子钟的光学频率参考，实现一套波长可以大范围调谐的，并且具有极高频率稳定度的可调谐光源系统，大大减小了由于光源频率稳定度造成的测量误差，菲索干涉模块引入傅里叶变换相位测量方法，减小了测量时间并且提高了相位测量的精度。本发明专利技术可准确测量物体表面的三维形貌，并且对于物体高度起伏没有严格的要求和限制，综合测量精度可达20纳米以内，具有较强的通用性。

【技术实现步骤摘要】
一种光频梳参考的波长扫描三维形貌测量系统
本专利技术属于激光干涉三维形貌测量
，特别涉及一种光频梳参考的波长扫描三维形貌测量系统。
技术介绍
传统干涉测量中，由于仅仅使用单一波长的光源照明，当目标物体的高度超过一个波长时，就会产生测量结果的混淆。这是由于干涉测量技术实质是探测目标物体反射的光和参考光之间的相位差，由于光的相位差是2π折叠的，也就是多个相隔波长整数倍的目标深度对应着同一个相位差，这样如果测量目标的高度差超过一个波长，就难以从物体反射的光和参考光之间的相位差准确确定物体真实对应的高度。如果目标物体形貌是光滑连续的，则可以通过较为复杂的相位解包裹算法恢复真实高度，但如果目标物体存在高度的跳变，譬如台阶型形貌，则需要其他多波长方法来扩展干涉测量中的混淆区间。为此，双波长和多波长的方法被提出。这些方法使用两个或多于两个波长的光源进行照明测量。由于任意两个波长可以合成一个合成波长，并且该合成波长往往大于两个参与合成的波长，从而扩展了干涉测量的混淆区间。但这种多波长的方法需要预先对待测的物体高度有一个大致的判断，之后确定参与合成波长的具体波长值，不具有较好的通用型。并且该合成本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光频梳参考的波长扫描三维形貌测量系统，包括光频梳参考可调谐光源模块和菲索干涉模块，其特征在于，所述光频梳参考可调谐光源模块包括：飞秒光学频率梳(1)，输出可溯源至原子钟频率源的一系列高频率稳定性的光学频率参考；波长计(2)，其绝对频率分辨率小于飞秒光学频率梳(1)的梳齿间隔，以确定可调谐激光器(3)的输出频率所位于的飞秒光学频率梳(1)的具体梳齿序号；可调谐激光器(3)，以所述光学频率参考为频率稳定参考源，其输出光被光纤分束器分为三个部分，一部分与飞秒光学频率梳(1)进行合束并进入拍频探测及锁定反馈模块(4)，一部分送入波长计(2)确定所锁定的梳齿序列，剩余部分送入菲索干涉模块进行干涉测量...

【技术特征摘要】
1.一种光频梳参考的波长扫描三维形貌测量系统，包括光频梳参考可调谐光源模块和菲索干涉模块，其特征在于，所述光频梳参考可调谐光源模块包括：飞秒光学频率梳(1)，输出可溯源至原子钟频率源的一系列高频率稳定性的光学频率参考；波长计(2)，其绝对频率分辨率小于飞秒光学频率梳(1)的梳齿间隔，以确定可调谐激光器(3)的输出频率所位于的飞秒光学频率梳(1)的具体梳齿序号；可调谐激光器(3)，以所述光学频率参考为频率稳定参考源，其输出光被光纤分束器分为三个部分，一部分与飞秒光学频率梳(1)进行合束并进入拍频探测及锁定反馈模块(4)，一部分送入波长计(2)确定所锁定的梳齿序列，剩余部分送入菲索干涉模块进行干涉测量；拍频探测及锁定反馈模块(4)，通过雪崩二极管探测器测量飞秒光学频率梳(1)和可调谐激光器(3)输出光经耦合之后的拍频信号，并通过锁相环电路反馈到可调谐激光器(3)的电流调制端口，将该拍频稳定于原子钟提供的标准频率，从而实现飞秒光学频率梳(1)的频率稳定向可调谐激光器(3)的传递。2.根据权利要求1所述光频梳参考的波长扫描三维形貌测量系统，其特征在于，所述波长计(2)绝对频率分辨率为60MHz，所述飞秒光学频率梳(1)的梳齿间隔为250MHz。3.根据权利要求1所述光频梳参考的波长扫描三维形貌测量系统，其特征在于，所述拍频探测及锁定反馈模块(4)拍频测量出可调谐激光器(3)出射光与最邻近的光频梳梳齿间的拍频，并通过一个鉴频鉴相器与铷原子钟提供的20MHz频率标准进行鉴频鉴相，将得到的误差信号送入比例积分控制器，该控制器的输出信号反馈给可调谐激光器(3)的电流调制端口。4.根据权利要求1所述光频梳参考的波长扫描三维形貌测量系统，其特征在于，所述菲索干涉模块包括针孔滤波器(5)、参考平面(6)、成像透镜组(7)以及CCD(8)，所述可调谐激光器(3)输出至菲索干涉模块的光先...

【专利技术属性】
技术研发人员：张伟鹏，尉昊赟，杨宏雷，李岩，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11