清华深圳国际研究生院在光谱共焦精密测量领域取得新进展

近日，清华深圳国际研究生院李星辉、王晓浩团队首次提出基于光谱共焦技术的光谱反射率测量系统。综合光学色散现象及共聚焦技术，通过设计并优化色散物镜，限制入射角度并改善光斑质量，采用创新的共光路自参考策略扫描待测表面，高效提取其反射光谱响应。这项工作为高精度表面光谱分析开辟了一条新的途径。

光谱共焦技术利用波长来编码轴向位置，可实现待测表面位置的高精度探测，是当前光学精密测量的重要手段之一，为精密/超精密制造、半导体量测、基础科学研究等领域提供可靠的尺寸信息。但目前光谱共焦技术仍面临着物镜成像质量差、光源光谱幅值抖动等技术问题。为此，该团队陆续提出了多种解决思路，如色散物镜集成超分辨光阑、分光路参考策略消除光源波动、虚拟像素插值提取聚焦波长等，设计并搭建了试验测试和应用系统，达到了改善成像质量、提高聚焦波长提取稳定性、校正系统性无效色差等有益效果，极大改善了色散共焦技术在位移测量中的稳定性和分辨率，实现了对透明菲涅尔透镜、超精密圆柱等的高精度轮廓重构。

上述研究成果分别以Self-reference dispersion correction for chromatic confocal displacement measurement和A new method to measure spectral reflectance and film thickness using a modified chromatic confocal sensor为题，先后发表在Optics and Lasers in Engineering上，其他相关研究成果发表在Optics Express、Sensors、Nanomanufacturing and Metrology等期刊上，同时对部分创新成果申请了专利保护。相关工作得到国家自然科学基金、深圳市科技创新委员会基础研究学科布局/稳定支持等项目的支持。