本发明专利技术属于显微成像及微观精密测量技术领域，涉及一种具有数十纳米横向分辨力的透射多光束共焦干涉显微镜，包括光源（１），依次放在光源发射端的准直扩束器（２）、偏振分光镜（１０），放置在偏振分光镜（１０）反射光路上的１／４波片（１１）、显微物镜（４），以及在偏振分光镜（１０）透射光路上的聚光透镜（６）和位于聚光透镜（６）焦点位置的针孔（７），贴近针孔后面的光电探测器（８），还包括放置在偏振分光镜（１０）和聚光透镜（６）之间的多光束发生器（１２）。本发明专利技术可广泛用于微电子、材料、工业精密检测、生物医学等领域中进行高分辨力显微成像检测。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于显微成像及微观精密测量
，是一种实现横向超分辨成像检测的方法与装置，其可用于微电子、材料、工业精密检测、生物医学等领域中进行高分辨力显微成像检测。
技术介绍
近年来，随着科学技术的迅猛发展，半导体技术已向超大规模集成电路、毫米波及量子器件发展，微细加工技术也已进入深亚微米、纳米三维加工
，同时生物医学、材料学以及超高精密光存储技术的发展都对光学成像系统及其分辨力提出了越来越高的要求，因此迫切需要研究适应其发展要求的具有超分辨能力的成像及检测技术。而共焦显微镜以其特有的三维层析成像能力在上述诸多领域得到广泛应用，但是由于受衍射现象的原理性限制，制约了其成像分辨能力的进一步提高。为了从根本上突破衍射极限，改善共焦显微镜的成像分辨能力，近年来，国内外许多学者致力于共焦显微镜的研究，并已提出了众多非传统的共焦显微成像原理和超分辨方法。目前，已经出现了几种典型的共焦显微镜，例如共焦干涉显微镜、4PI共焦显微镜、θ共焦显微镜、基于光学非线性行为的双光子和多光子共焦显微镜等。将干涉技术和共焦显微镜技术相融合的思想最早是Min Gu提出的(详见“共焦显微术的三维成像原理”，M.顾著，王桂英等译，新时代出版社，2000年1月出版)。国内在共焦干涉显微研究方面也已经取得了一些研究成果，例如中国专利“共焦显微镜”(申请号01122439.8，公开号CN 1395127A)提出将干涉法引入传统的共焦显微成像系统中，用于改进轴向分辨力的方法；中国专利“双频共焦台阶高度显微测量装置”(申请号02120884.0，公开号CN 1384334A)公开了一种双频共焦台阶干涉显微系统；中国专利“具有高空间分辨成像能力的共焦干涉显微镜”(申请号200410096338.8)等。传统的共焦干涉显微镜原理如图1所示，光源1发出的点光源经准直扩束器2变为平行光束，该平行光束被分光镜3分为测量光束和参考光束，测量光束经物镜4聚焦在被测物9表面后被反射到聚光透镜6，参考光束经参考反射镜5反射后到达聚光透镜6，聚光透镜6将测量光束和参考光束会聚并产生干涉，光电探测器8位于聚光透镜6的焦点用于探测共焦干涉信号，其大小对应被测物相对于物镜4焦点处的相对位移。该共焦干涉显微镜在保留共焦显微镜固有的横向分辨特性的前提下，通过干涉技术来提高共焦显微镜的轴向分辨力。这种传统的共焦干涉显微镜存在着许多不足，如传统的共焦干涉显微镜中相干的参考光束和测量光束分别来自于平面镜5的反射和被测物9表面的反射，两束光沿不同的光路传输，经聚光透镜6会聚在光电探测器8上产生干涉。由于参考光来自固定的平面反射镜，其强度比较稳定，而测量光束强度变化较大，因此传统的共焦干涉显微镜参考光与测量光形成的是不等强度干涉，其干涉条纹对比度差，同时系统抗干扰能力弱。更重要的是传统的共焦干涉显微镜仅仅改善了系统的轴向分辨力，其横向分辨力仍受衍射极限的限制，其分辨力比轴向分辨力往往低两个数量级，这大大限制了其应用范围。为了改善共焦显微镜的横向分辨力，国内外学者也进行了不少的研究，并提出了一系列的研究方法和技术。主要有空间频率限制法、光瞳滤波器法和4PI共焦法。最近，韩国科技大学(KAIST)的DongKyun又提出了一种新型的基于两偏振光干涉的自相干共焦显微CSIM系统(OPT.LETT.2003，282470-2472)。通过数值仿真表明，该系统的横向分辨力相对常规共焦显微镜的横向分辨力增强了38％。尽管这些方法和技术对改善共焦显微镜的横向分辨力具有一定的效果，但是其横向分辨力仍然有限，并且这些成像系统往往比较复杂，造价昂贵，有时在提高横向分辨力的同时使得旁瓣高度增加，从而降低了成像质量。
技术实现思路
本专利技术的目的是为克服上述已有技术的不足，提供一种具有数十纳米横向分辨力的透射多光束共焦干涉显微镜，以实现对微电子学、材料、工业精密检测、生物医学、生命科学等领域中进行高分辨力显微成像检测。本专利技术具有数十纳米横向分辨力的透射多光束共焦干涉显微镜包括光源1，依次放在光源发射端的准直扩束器2、偏振分光镜10，放置在偏振分光镜10反射光路上的1/4波片11、显微物镜4，以及在偏振分光镜10透射光路上的聚光透镜6和位于聚光透镜6焦点位置的针孔7，贴近针孔后面的光电探测器8，还包括放置在偏振分光镜10和聚光透镜6之间的多光束发生器12。还包括放在偏振分光镜10和多光束发生器12间的望远镜组16，用于放大入射光相对多光束发生器12的入射角。还包括放置在测量显微物镜前面的x-y二维工作台13，用于被测样品的x-y二维移动。其中的多光束发生器可以是平行平板、楔形板或其它一切产生多光束的装置。其中的光源可以是激光光源，也可以是一般普通光源。本专利技术具有如下显著优点1.显著改善共焦干涉显微镜的横向分辨力；2.共光路自相干的光路布置可显著提高系统的稳定性和抗干扰能力；3.多光束自相干方法的采用，使相干多光束均来自被测物表面同一点，并形成近似等强度干涉，可显著改善干涉条纹的对比度，便于高精度探测。4.与已有的自相干共焦显微CSIM系统相比，本专利技术装置多光束干涉属于非偏振光干涉，这样避免了在光电探测器前加检偏器，减少了由此而引入的光路调整及系统能量的损失。下面结合实施例及附图详细说明本专利技术。附图说明图1为已有的共焦干涉显微镜的示意图。图2为本专利技术实施例一的示意图。图3为本专利技术实施例二的示意图。图4为共焦显微镜、自相干共焦显微CSIM系统以及本专利技术实施例二所示的横向归一化强度响应曲线。图5为共焦显微镜系统的点扩展函数示意图。图6为本专利技术透射多光束共焦干涉显微镜CMTIM系统的点扩展函数示意图。其中，1光源，2准直扩束器，3分光镜，4显微物镜，5参考反射镜，6聚光透镜，7针孔，8光电探测器，9被测物，10偏振分光镜，111/4波片，12多光束发生器，13x-y二维工作台，14光电探测器探测器信号放大处理系统，15计算机测量控制系统，16望远镜组，17普通共焦显微镜横向归一化强度响应曲线，18基于双光束干涉的自相干共焦显微CSIM系统的横向归一化强度响应仿真曲线，19本专利技术实施例二的横向归一化强度响应仿真曲线。具体实施例方式本专利技术的基本思想是将多光束干涉技术引入共焦显微接收光路系统中，通过多光束发生装置产生多光束，并将多光束通过共焦显微系统的聚光镜汇聚到共焦显微系统的针孔上，使多光束产生干涉，利用多光束干涉条纹宽度窄、对比度好和抗干扰性强等特点，来达到锐化共焦显微系统爱里斑主瓣宽度，继而达到改善共焦显微系统横向超分辨力的目的。本专利技术实施例一的结构如图2所示，其中包括光源1，依次放在光源发射端的准直扩束器2、偏振分光镜10，放置在偏振分光镜10反射光路上的1/4波片11、显微物镜4，以及放置在偏振分光镜10透射光路上的多光束发生器12、聚光透镜6和位于聚光透镜6焦点位置的针孔7，及贴近针孔7后面的光电探测器8。还包括一个与光电探测器8相连的探测信号放大处理系统14、一个计算机控制系统15和x-y二维工作台13，整个测量过程由计算机测量控制系统15进行控制和处理。本专利技术另一个实施例二的结构如图3所示，与实施例一不同的是在偏振分光镜10和多光束发生器12之间加入了一望远镜组16，其角放大倍数为M，用于放本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种具有数十纳米横向分辨力的透射多光束共焦干涉显微镜，包括光源（１），依次放在光源发射端的准直扩束器（２）、偏振分光镜（１０），放置在偏振分光镜（１０）反射光路上的１／４波片（１１）、显微物镜（４），以及在偏振分光镜（１０）透射光路上的聚光透镜（６）和位于聚光透镜（６）焦点位置的针孔（７），贴近针孔后面的光电探测器（８），其特征在于还包括放置在偏振分光镜（１０）和聚光透镜（６）之间的多光束发生器（１２）。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：赵维谦，冯政德，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，赵维谦，
类型：发明
国别省市：93[中国|哈尔滨]
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