光学探针干涉相位测量中相位误差补偿装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种光学探针干涉相位测量中相位误差补偿装置，包括：扫描近场光学显微镜模块用于对待测样品进行三维扫描，外差干涉光路模块用于测量待测样品的光场相位并对环境变化对相位引起的误差进行补偿，信号采集与同步解调模块用于对接收到的信号进行解调得到对应点的光场振幅和相位信息并输出到上位机；上位机用于根据输出的光场振幅和相位信息，生成同步的空间位置拓扑形貌图以及对应的光场振幅，相位分布图，实现空间任意高度截面的场分布测量和3D立体场分布测量。上述装置能够对现有纳米光场相位测量中的漂移和误差进行实时补偿，减小外界环境对测量结果的影响，提高测量结果的精度。

【技术实现步骤摘要】
光学探针干涉相位测量中相位误差补偿装置
本专利技术涉及纳米光场的相位测量
，尤其涉及一种光学探针干涉相位测量中相位误差补偿装置。
技术介绍
纳米光场相位测量是近年来国际兴起的研究热点。通过相位分布可以得到强度分布所得不到的更深层次的信息，对研究光场的特性具有重要意义。在现有的纳米光场相位测量技术中，存在利用孔径型近场光学探针进行光场相位测量的方法。该测量方法中只有一个测量干涉仪，没有相位补偿参考干涉仪，因此不具有相位误差补偿功能，且该方法的测量结果容易受外界环境扰动影响，不利于提高纳米光场相位测量精度。鉴于此，如何克服现有纳米光场相位测量中的漂移和误差以提高测量结果的精度成为当前需要解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术提供一种光学探针干涉相位测量中相位误差补偿装置，能够对现有纳米光场相位测量中的漂移和误差进行实时补偿，减小外界环境对测量结果的影响，提高测量结果的精度。第一方面，本专利技术提供一种光学探针干涉相位测量中相位误差补偿装置，包括：扫描近场光学显微镜模块，外差干涉光路模块，信号采集与同步解调模块，上位机；所述扫描近场光学显微镜模块，包括：扫描台、扫描头、控制箱和固定于所述扫描头上的近场光学孔径探针；所述扫描台为压电陶瓷三维扫描台，用于承载待测样品和扫描头；所述控制箱，用于控制所述扫描台，接收相位解调模块输出的光场振幅和相位信息，将所述光场振幅和相位信息输出到所述上位机；所述外差干涉光路模块，包括：光源，第一光分束器，第二光分束器、第三光分束器、第一声光移频器、第二声光移频器、第一光合束器、第二光合束器；所述信号采集与同步解调模块，包括：第一光电探测器、第二光电探测器、相位解调模块、锁相参考信号发生器；所述光源经过所述第一光分束器得到测量光和补偿参考光，所述测量光经过所述第一声光移频器后得到频移后的测量光，所述补偿参考光经过所述第二声光移频器后得到频移后的补偿参考光，所述频移后的测量光和所述频移后的补偿参考光存在预设频差，所述第二光分束器将所述频移后的测量光分为第一测量光和第二测量光，所述第三光分束器将所述频移后的补偿参考光分为第一补偿参考光和第二补偿参考光，第一测量光对所述待测样品进行照明，所述近场光学孔径探针对所述待测样品进行XYZ三维扫描，采集所述待测样品表面的近场光信息并将所述近场光信息与第一补偿参考光通过第一光合束器进行干涉合成一路光通过第一光电探测器输入到所述相位解调模块；第二补偿参考光和第二测量光通过第二光合束器进行干涉合成一路光，通过第二光电探测器之后输入输入到所述相位解调模块；所述锁相参考信号发生器将所述第一声光移频器和所述第二声光移频器的频差引起的拍频信号作为解调的参考信号输入到所述相位解调模块；所述相位解调模块采用差分输入模式接收所述测量信号、所述差分信号和所述参考信号，解调得到当前位置对应点的光场振幅和相位信息，并将所述光场振幅和相位信息输出到所述控制箱；所述上位机，用于根据所述控制箱输出的光场振幅和相位信息，生成同步的空间位置拓扑形貌图以及对应的光场振幅，相位分布图，实现空间任意高度截面的场分布测量和3D立体场分布测量。可选地，所述装置的光路为基于光纤的光路。可选地，所述第一光分束器，第二光分束器、第三光分束器、第一光合束器和第二光合束器均为光纤耦合器。可选地，所述光纤为单模光纤。可选地，所述光纤为保偏光纤。可选地，所述装置的光路为空间光光路。可选地，所述第一光分束器为用于空间光路的分光棱镜或半透半反镜；和/或，所述第二光分束器为用于空间光路的分光棱镜或半透半反镜；和/或，所述第三光分束器为用于空间光路的分光棱镜或半透半反镜。可选地，所述第一光电探测器为雪崩二极管或PIN管或光电倍增管；和/或，所述第二光电探测器为雪崩二极管或PIN二极管或光电倍增管。可选地，所述相位解调模块为商用锁相放大器，或基于锁相放大器原理搭建的相位解调模块。由上述技术方案可知，本专利技术的光学探针干涉相位测量中相位误差补偿装置，针对相位测量中的漂移和误差，提出基于结构共光路的双干涉仪光路，共模抑制信号处理，对相位漂移和误差进行实时补偿，不依赖后期的大量数据处理，可以无需对误差来源有先验的预判，可以同时补偿多重因素引起的相位误差，可以减小外界环境对测量结果的影响，提高测量结果的精度。附图说明图1为本专利技术一实施例提供的光学探针干涉相位测量中相位误差补偿装置的结构示意图；附图标记：1、光源；2、第一光分束器；3、第二光分束器；4、第三光分束器；5、第一光合束器；6、第二光合束器；7、第一声光移频器；8、第二声光移频器；9、近场光学孔径探针；10、扫描台；11、扫描头；12、第一光电探测器；13、第二光电探测器；14、锁相参考信号发生器；15、相位解调模块；16、控制箱；17、上位机。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。图1为本专利技术一实施例提供的光学探针干涉相位测量中相位误差补偿装置的结构示意图，如图1所示，本实施例的光学探针干涉相位测量中相位误差补偿装置，包括：扫描近场光学显微镜模块，外差干涉光路模块，信号采集与同步解调模块，上位机17；所述扫描近场光学显微镜模块，包括：扫描台10、扫描头11、控制箱16和固定于所述扫描头11上的近场光学孔径探针9；所述扫描台10为压电陶瓷三维扫描台，用于承载待测样品和扫描头11；所述控制箱16，用于控制所述扫描台10，接收相位解调模块15输出的光场振幅和相位信息，将所述光场振幅和相位信息输出到所述上位机17；所述外差干涉光路模块，包括：光源1，第一光分束器2，第二光分束器3、第三光分束器4、第一声光移频器7、第二声光移频器8、第一光合束器5、第二光合束器6；所述信号采集与同步解调模块，包括：第一光电探测器12、第二光电探测器13、相位解调模块15、锁相参考信号发生器14；所述光源1经过所述第一光分束器2得到测量光和补偿参考光，所述测量光经过所述第一声光移频器7后得到频移后的测量光，所述补偿参考光经过所述第二声光移频器8后得到频移后的补偿参考光，所述频移后的测量光和所述频移后的补偿参考光存在预设频差，所述第二光分束器3将所述频移后的测量光分为第一测量光和第二测量光，所述第三光分束器4将所述频移后的补偿参考光分为第一补偿参考光和第二补偿参考光，第一测量光对所述待测样品进行照明，所述近场光学孔径探针9对所述待测样品进行XYZ三维扫描，采集所述待测样品表面的近场光信息并将所述近场光信息与第一补偿参考光通过第一光合束器5进行干涉合成一路光通过第一光电探测器12输入到所述相位解调模块15；第二补偿参考光和第二测量光通过第二光合束器6进行干涉合成一路光，通过第二光电探测器13之后输入输入到所述相位解调模块15；所述锁相参考信号发生器14将所述第一声光移频器7和所述第二声光移频器8的频差引起的拍频信号作为解调的参考信号输入到所述相位解调模块15；所述相位解调模块15采用差分输入模式接收所述测量信号、所述差分信号和所述参考信号，解调得到当前位置对应点的光场振幅和相位信息，并将所述光场振幅和相位信息输出到所述控制箱16；所述上位机17，用于根据所述控制箱16输出的光场振幅和相位信息，生成同步本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学探针干涉相位测量中相位误差补偿装置，其特征在于，包括：扫描近场光学显微镜模块，外差干涉光路模块，信号采集与同步解调模块，上位机；所述扫描近场光学显微镜模块，包括：扫描台、扫描头、控制箱和固定于所述扫描头上的近场光学孔径探针；所述扫描台为压电陶瓷三维扫描台，用于承载待测样品和扫描头；所述控制箱，用于控制所述扫描台，接收相位解调模块输出的光场振幅和相位信息，将所述光场振幅和相位信息输出到所述上位机；所述外差干涉光路模块，包括：光源，第一光分束器，第二光分束器、第三光分束器、第一声光移频器、第二声光移频器、第一光合束器、第二光合束器；所述信号采集与同步解调模块，包括：第一光电探测器、第二光电探测器、相位解调模块、锁相参考信号发生器；所述光源经过所述第一光分束器得到测量光和补偿参考光，所述测量光经过所述第一声光移频器后得到频移后的测量光，所述补偿参考光经过所述第二声光移频器后得到频移后的补偿参考光，所述频移后的测量光和所述频移后的补偿参考光存在预设频差，所述第二光分束器将所述频移后的测量光分为第一测量光和第二测量光，所述第三光分束器将所述频移后的补偿参考光分为第一补偿参考光和第二补偿参考光，第一测量光对所述待测样品进行照明，所述近场光学孔径探针对所述待测样品进行XYZ三维扫描，采集所述待测样品表面的近场光信息并将所述近场光信息与第一补偿参考光通过第一光合束器进行干涉合成一路光通过第一光电探测器输入到所述相位解调模块；第二补偿参考光和第二测量光通过第二光合束器进行干涉合成一路光，通过第二光电探测器之后输入输入到所述相位解调模块；所述锁相参考信号发生器将所述第一声光移频器和所述第二声光移频器的频差引起的拍频信号作为解调的参考信号输入到所述相位解调模块；所述相位解调模块采用差分输入模式接收所述测量信号、所述差分信号和所述参考信号，解调得到当前位置对应点的光场振幅和相位信息，并将所述光场振幅和相位信息输出到所述控制箱；所述上位机，用于根据所述控制箱输出的光场振幅和相位信息，生成同步的空间位置拓扑形貌图以及对应的光场振幅，相位分布图，实现空间任意高度截面的场分布测量和3D立体场分布测量。...

【技术特征摘要】
1.一种光学探针干涉相位测量中相位误差补偿装置，其特征在于，包括：扫描近场光学显微镜模块，外差干涉光路模块，信号采集与同步解调模块，上位机；所述扫描近场光学显微镜模块，包括：扫描台、扫描头、控制箱和固定于所述扫描头上的近场光学孔径探针；所述扫描台为压电陶瓷三维扫描台，用于承载待测样品和扫描头；所述控制箱，用于控制所述扫描台，接收相位解调模块输出的光场振幅和相位信息，将所述光场振幅和相位信息输出到所述上位机；所述外差干涉光路模块，包括：光源，第一光分束器，第二光分束器、第三光分束器、第一声光移频器、第二声光移频器、第一光合束器、第二光合束器；所述信号采集与同步解调模块，包括：第一光电探测器、第二光电探测器、相位解调模块、锁相参考信号发生器；所述光源经过所述第一光分束器得到测量光和补偿参考光，所述测量光经过所述第一声光移频器后得到频移后的测量光，所述补偿参考光经过所述第二声光移频器后得到频移后的补偿参考光，所述频移后的测量光和所述频移后的补偿参考光存在预设频差，所述第二光分束器将所述频移后的测量光分为第一测量光和第二测量光，所述第三光分束器将所述频移后的补偿参考光分为第一补偿参考光和第二补偿参考光，第一测量光对所述待测样品进行照明，所述近场光学孔径探针对所述待测样品进行XYZ三维扫描，采集所述待测样品表面的近场光信息并将所述近场光信息与第一补偿参考光通过第一光合束器进行干涉合成一路光，通过第一光电探测器转换为电信号后作为测量信号输入到所述相位解调模块；第二补偿参考光和第二测量光通过第二光合束器进行干涉合成一路光，通过第二光电探测器转换为电信号后作为差分信号输...

【专利技术属性】
技术研发人员：王佳，武晓宇，孙琳，谭峭峰，白本锋，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11