12、数字全息术及其在MEMS/MOEMS检测中的应用

数字全息术及其在MEMS/MOEMS检测中的应用

1. 引言

基于干涉测量的三维成像方法，如全息干涉测量和散斑计量，可测量微小位移和表面轮廓，将相位变化转化为可记录的强度变化。过去，特殊照相乳剂在全息技术中占主导地位，但如今电子传感器记录全息图并进行数值重建已成为可能。数字全息术（DH）不仅是一种优雅的记录技术，还能直接计算复波前的相位和强度，具有避免某些像差、独立存储不同物体状态等优点，非常适合用于微组件的研究。

2. 数字全息术的理论和基本原理

2.1 波前的数字记录和重建

在数字散斑干涉测量中，物体会聚焦到电子传感器上形成像面全息图。而数字全息图的记录无需成像，传感器记录参考波和物波在近场区域的叠加，即菲涅耳全息图。基本光学设置与传统全息术相同，激光束分为两束，一束照射物体产生物波，另一束直接进入传感器形成参考波。
全息图(h(\xi,\eta))源于物波(u(\xi,\eta))和参考波(r(\xi,\eta))在((\xi,\eta))平面的干涉：
[h(\xi,\eta) = (u(\xi,\eta) + r(\xi,\eta))^2 = r\cdot r^ + r\cdot u^ + u\cdot r^ + u\cdot u^ ]
传感器将强度分布转换为灰度值分布存储在计算机图像内存中，其特征函数(t)通常近似线性：
[T = t[h(\xi,\eta)]]
由于传感器空间分辨率有限，需考虑全息图平面干涉条纹的空间频率。条纹间距(g)和空间频率(f_x)由物波和参考波之间的夹角(\beta)决定：
[g = \frac{1}{f_x}