微机电系统（MEMS）动态特性的测量在MEMS研发过程中具有极为重要的地位．提出一种用于微结构离面运动快速测量的光学测试系统及方法．该系统基于Mirau显微干涉技术，以时间平均干涉法实现可动微结构离面动态特性的测量-系统采用4步相移调制方法得到调制干涉条纹对比度的零级Bessel函数分布．在微谐振器件上进行的实验说明系统可以测量任意频率的离面运动，水平分辨力在微米范围内，离面探测极限在5nm左右．

反射差分光谱仪是一种测量灵敏度和精度较高的研究表面／界面的新型分析仪器，但微弱的反射差分信号易受到各种噪声的干扰．作者利用Jones表示法，对光弹调制式反射差分光谱仪构建了包含器件自身缺陷和安装误差的数学模型，通过确立误差源与测量结果的联系，分析出各误差源对测量结果的影响，特别是起偏器、光弹调制器和样品的安装误差以及位相调制误差，这些系统误差经过标定可得到补偿．

显微干涉测量方法是一种被广泛使用的高精度表面测量方法，其中相移器的性能直接影响到系统测量的精度．对MEMS测量系统中使用的压电陶瓷相移器的主要误差源，包括迟滞、非线性和蠕变等进行了分析，并对开环条件下的相移器运动进行了标定．实验分别在开环和闭环条件下测量了经过NIST认证的标准44nm台阶，说明了两种条件下的测量精度，10次测量的平均值分别为41．34nm和43．24nm，标准偏差分别为2．08nm和0．41nm.

微机电系统（MEMS）测试的主要目的是为工程开发中的设计和模拟过程提供数据反馈，其中一个重要方面就是MEMS器件运动特性的高速可视化。基于计算机控制的频闪干涉测试景统，丈中提出了一种时间轴和空间轴双向解包裹的干涉条纹分析方法，实现了MEMS器件离面运动参数的精确测量，并与微结构平面结构图像模板相结合，可以进行MEMS器件全视场运动的分析，达到了纳米级分辨力。

微结构动态特性的测试方法对研发可靠的、能市场化的微机电系统(MEMS)是必需的.开发出了一种测试系统,能使微结构的三维运动可视化.系统包括:利用光学显微镜来实现微结构的放大,并将图像投影到CCD摄像机上;利用光切方法来获取一系列图像,以此来表征微结构的三维运动;利用频闪照明来冻结微结构的高速运动.通过研究微加工水平谐振器在激励条件下的三维运动,论证了系统的功能.

提出了一种基于显微干涉和有限差分法在微悬臂梁上实现曲率精确测量的方法。该方法将使用相移显微干涉法测得的微悬臂梁表面弯曲信息与用有限差分法解析的弯曲量进行对比，再运用拟牛顿算法或最小二乘法得到曲率的最佳匹配值。实验结果表明：使用该方法可获得弯曲量测量值和解析值之间的均方根差值在1．5nm以内的精确曲率值，并且一定的像素偏移带来的误差对曲率测量的结果影响很小。由于方法保留了光学干涉法高分辨率及高精度等优点，并考虑了非理想边界条件的影响，在MEMS残余应力和应力梯度测量中具有较大实用价值。

频闪同步控制系统是微机电系统(MEMS)动态测试系统中的重要组成部分.为了满足MEMS发展对测试系统的需求,基于频闪成像技术,设计了一套频闪同步控制系统,用于采集高速运动的MEMS器件的清晰图像.系统采用虚拟仪器方式,通过软件控制波形发生器生成各类逻辑控制信号,驱动CCD摄像机、光源和图像采集卡等设备协调工作.实验表明,测量平面运动时,系统在50倍放大倍率下,可测器件运动速度达5.1 m/s,测量分辨率优于180 nm,测量重复性为40 nm.

提出了将时间相移显微干涉测量方法用于微结构和器件的几何特性检测上．该方法速度快、无损、非接触、易在晶片级进行，具有亚微米级的水平分辨力，垂直分辨力在纳米量级．测量系统采用Mirau显微干涉物镜，利用高性能压电陶瓷物镜纳米定位器实现垂直方向的相移，并通过健壮的5帧Hariharan算法获取表面的相位信息．通过测量美国国家标准研究院（NIST）认证的标准台阶对系统进行了精度标定，并通过测量微谐振器和压力传感器微薄膜的几何尺寸说明了该方法作为测量和过程表征工具的功能．

反射差分光谱术（RDS）是研究材料表面和薄膜光学各向异性属性的重要手段.现有的技术以光弹调制器（PEM）式单通道测量模式为主,可以实时监测单个波长的反射差分信号,但全光谱测量则需要采用扫描波长的方式完成,耗时长,不适合在线监测等时效性强、全光谱测量的应用.在研究基于光弹调制器的多通道反射差分光谱仪的技术实现的基础上,结合虚拟仪器技术、高速多通道同步采集卡和数字锁相放大算法,提出一种新的多通道测量构架.实验表明,新方法在全光谱范围内测量信号的标准偏差小于10-3,在仪器开发上具有组合灵活、扩展性好等优点.

为了实现MEMS器件的计量,一个基于频闪成像原理的MEMS动态测试平台被构建,用于在全频率、相位和电压输入范围内表征器件的全三维运动.系统利用高亮度LED和LD作为脉冲光源,有效冻结MEMS器件的面内和离面运动,能在从静止状态到1MHz很宽的频率范围内对MEMS器件进行表征,达到了纳米级分辨力.通过实验对一个微谐振器进行了三维运动测量,在扫频和扫幅两种工作模式下,配合强大的数据分析软件,给出器件运动的幅频和相频特性曲线,为分析器件的动态性能提供了可靠数据.