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摘要与插图
复杂装置如传感器和执行器，它们的小型化构成了现代技术中的挑战之一。不同制造技术，如UGA技术和紫外线光刻术，能够在从纳米到毫米的范围内实现具有高深宽比和结构尺寸的非硅的和硅的微零件。UGA是一个缩略语，代表以下工艺的主要步骤，即深X射线光刻、电铸和塑模成型。这三个步骤能够用来批量生产高质量的微零件和微结构部件，尤其是使用廉价的塑料、陶瓷和金属来制造这些零件。基于紫外线光刻术或硅蚀刻工艺(ASE)的技术能够直接集成电子器件实现的微机电系统(MEMS)装置。其他工艺如激光微加工、电化学锐削(ECM)、放电加工及纳米压印光刻术(NIL)同时也为紫外线光刻、真空紫外光刻和下一代的光刻术提供一种经济和高分辨率的替代技术。一种新技术要取得商业成功，不断增长的产量、高的系统性能、产品的可靠性和寿命是十分重要的，因此，高的质量标准对所有的制造商都是的。然而，随着不断增长的小型化，测量和试验的重要性迅速增大，因此需要采用微系统技术进行测试。可靠性和寿命极大地依赖于材料的性质和热力学设计。与常规技术相比较，微系统技术中的情况尤其复杂。现代微系统(MEMS和MOEMS)及其零件用多样性的材料和材料组合的大量集成来表征。这种多样性用来实现不同和变化的功能，如传感器和执行器性能、信号处理等。再者，已知与新的结构设计相结合的材料的行为不能容易地被理论仿真所预测o比如，用有限元方法计算得到的关于微装置操作性能的错误预测的可能原因是：缺乏可靠的微尺度的材料数据和边界条件。所以，测量和试验程序将面对一组复杂的要求。大体上，我们面临以下的潜在挑战：
·硅片尺度的微观和纳观的测量。
·高度异类混合系统的不同尺度性质和功能性质的快速在线测量。
·系统技术指标包括几何参数、动力学参数和热力学参数的验证。
·快速和可靠地识别表面和表面缺陷，并能够检查和修复。
·复杂深宽比三维结构的测量。
·已为块体材料块体所定义的、但将为微尺度所规定的材料性质的确定。
我们要求测量和检测的技术对被检查的产品应该是快速、鲁棒和较低成本的。
对这种要求的原因是显而易见的：在很大样品上确定的性质不能够没有经过实验的验证，便进行缩小。另外，在微尺度上，材料行为明显地受生产工艺所影响。因此，我们需要简单、可靠的方法来分析微零件的形状和变形。结合我们对施加载荷和合适的物理模型的认识，这些数据能用于导出材料参数和不同的系统性质。很明显，单个的方法和一类测量技术都不能满足这些要求。常规的拉伸试验技术(如应变片)因为它们有限的分辨率和部分不希望的接触特性，不能试验亚毫米尺寸领域的样品。其他的方法如微硬度测量，则不能揭示材料方向的变化性质。
然而，全场光学方法给常规方法提供了一种有前景的替代方法。这些方法的主要优点是它们的非接触二无破坏和现场工作原理；快速的响应潜力；高灵敏度和精度(典型的位移分辨力为几纳米，应变值为100微应变)；高的数据点分辨力(比如对亚毫米视场为1000×1000点)；系统的性能即对结果的自动分析；以及为满足内在的数学或解析的模型的数据预处理。因此，本书为微系统检测的应用光学测量技术的研究提供了一个适时的回顾。作者对要的和有挑战性的光学方法，如光散射法、扫描探针显微技术、共焦显微技术、条纹投影技术、栅格和莫尔技术、干涉显微技术、激光多普勒测振技术、全息术、散斑测量术、以及光谱技术给出了一个总体的概述。此外，还介绍了数据获取和处理的现代方法(比如数字图像处理和相关技术)。
编者希望本书能有力地推进光学方法在微系