一种轮廓的显微方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种轮廓的显微方法和装置。装置包括激光器、单模光纤、第一准直透镜、第一偏振片、第一偏振分束器、四分之一波片、第二透镜、第三透镜、二分之一波片、第二偏振分束器、第一探测光纤、第二探测光纤、差分探测器、主控计算机、纳米平移台和用于放置待测样品的样品平台。本发明专利技术通过横向差分获得物体的轮廓像，有效提高系统的横向分辨率。本发明专利技术结构简单，横向分辨率提高显著，可以达到200nm以下，可用于光学显微领域以及纳米级别的高精度检测、测量和制造等领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光学超分辨显微领域，特别涉及一种轮廓的显微方法和装置。
技术介绍
随着科学技术的发展，人们不断追求越来越小的尺寸结构和越来越高的分辨能力，特别是在微电子、航空航天、纳米加工、生命科学和材料工程等领域，对微小尺度结构和超分辨的要求日益迫切。1957年，M. Minsky为了消除普通光学显微镜在探测样品时产生的散射光影响，首次提出共焦显微镜的思想并于1961年申请专利。随后T. Wilson和C. J. Sheppard等多位学者对共焦显微成像技术进行了更细致的研究。90年代以后，随着计算机技术和各类新型光学元件制作等技术的发展和交融，共焦显微技术在技术和理论上都获得了长足的发展， 并促进了现代成像光学进入一个崭新的发展阶段。共焦显微术具有高分辨率，尤其是纵向高分辨率的特点。它突破了普通光学显微镜衍射极限的限制，纵向分辨率可以达到亚微米量级，但横向分辨率仅为相同数值孔径的普通光学显微镜的I. 4倍。差分共焦方法是建立在共焦显微术基础上的测量方法，是表面形貌检测的新方法，系统轴向分辨率可以达到纳米量级，高速而且精确。有专利对使用差分共焦方法提高系统的轴向分辨能力进行了研究，轴向分辨能力有显著改善，但是未能改善系统的横向分辨能力。因此，目前现有技术显微系统的横向分辨率，仍然无法满足在微电子、航空航天、 纳米加工、生命科学和材料工程等领域对微小尺度结构的超分辨要求。
技术实现思路
本专利技术提供了一种轮廓的显微方法和装置，通过横向差分获得物体的轮廓像，有效提高了系统的横向分辨率。本专利技术结构简单，横向分辨率提高显著，可以达到200nm以下，可用于光学显微领域以及纳米级别的高精度检测、测量和制造等领域。一种轮廓的显微方法，包括以下步骤(I)激光器发射出光束，经单模光纤耦合和第一准直透镜准直，得到准直光束；所述准直光束经第一偏振片调制为平行线偏振光(P光)，所述平行线偏振光经由第一偏振分束器全部透射后，再经四分之一波片调制为圆偏振光；所述圆偏振光经第二透镜聚焦到样品平台；(2)所述样品平台的表面发生反射和散射，得到的反射光和散射光沿原光路逆向返回，先被所述第二透镜收集，再经过所述四分之一波片调制为垂直线偏振光(s光)；所述垂直线偏振光经由所述第一偏振分束器全部反射形成第一反射光，所述第一反射光经由第三透镜聚焦后，依次通过二分之一波片和第二偏振分束器，分光为光强大小相等的第一测量光和第二测量光；所述第一测量光聚焦于第一探测光纤的光纤端面，所述第二测量光聚焦于第二探测光纤的光纤端面；(3)调节所述样品平台、第一探测光纤和第二探测光纤的位置，直至所述第一探测光纤和第二探测光纤所探测的聚焦光斑(即分别在所述第一探测光纤的光纤端面和所述第二探测光纤的光纤端面所形成的聚焦光斑)的光强均达到光强最大峰值；此时，所述第一探测光纤的光纤端面位于所述第三透镜的焦平面上，且所述第一探测光纤的光纤端面的中心与所述第一测量光的焦点重合；所述第二探测光纤的光纤端面位于所述第三透镜的焦平面关于所述第二偏振分束器所成的镜像平面上，且所述第二探测光纤的光纤端面的中心与所述第二测量光的焦点重合；(4)保持所述第一探测光纤和第二探测光纤沿轴向不动，调节所述第一探测光纤和第二探测光纤的位置，使得所述第一探测光纤的光纤端面和第二探测光纤的光纤端面同时在各自所处的平面上沿相同方向水平移动，直至各自所探测的聚焦光斑(即分别在所述第一探测光纤的光纤端面和所述第二探测光纤的光纤端面所形成的聚焦光斑)的光强均为光强最大峰值的一半，此时，所述第一探测光纤的光纤端面仍然位于所述第三透镜的焦平面上，但所述第一探测光纤的光纤端面的中心与所述第一测量光的焦点不再重合；所述第二探测光纤的光纤端面仍然位于所述第三透镜的焦平面关于所述第二偏振分束器所成的镜像平面上，但所述第二探测光纤的光纤端面的中心与所述第二测量光的焦点不再重合；(5)在所述样品平台上放置待测样品，通过计算机控制与所述样品平台紧固连接的纳米平移台的移动，对所述待测样品表面进行水平扫描，光线聚焦到所述待测样品和样品平台后被反射及散射，并依次经过所述第二透镜、四分之一波片和第一偏振分束器，由所述第一偏振分束器全部反射形成第二反射光，所述第二反射光经由所述第三透镜聚焦后， 依次通过所述二分之一波片和第二偏振分束器，分光为第三测量光和第四测量光；所述第三测量光聚焦于所述第一探测光纤的光纤端面，所述第四测量光聚焦于所述第二探测光纤的光纤端面；将所述第一探测光纤和第二探测光纤获取的光强信号(即分别在所述第一探测光纤的光纤端面和所述第二探测光纤的光纤端面所形成的聚焦光斑的光强信号)传送到同一差分探测器中，转换为电压信号后进行差分处理得到差分电压信号，计算机读取所述差分电压信号并进行处理，实现对待测样品边缘图像的重构；(6)将所述的待测样品旋转一定角度，重复步骤(5)进行待测样品边缘图像的重构；(7)重复步骤出)，直至获得待测样品的所有横向信息，从而得到待测样品的图像轮廓。步骤(4)中，所述第一探测光纤的光纤端面和第二探测光纤的光纤端面也可以同时在各自所处的平面上沿相同方向垂直移动，相应地，后续步骤(5) (7)中，对待测样品表面进行垂直扫描。优选的技术方案中，还可以在所述第一偏振分束器和第三透镜之间放置O/π位相板。加入所述ο/π位相板后，聚焦光斑中心的光强被挤压到边缘，使旁瓣的影响降低，在两个探测光纤(第一探测光纤和第二探测光纤)的光纤端面形成的聚焦光斑均为中心凹陷的光斑，采用边缘光强峰值进行差分。这种情况下，不再需要将两个探测光纤(第一探测光纤和第二探测光纤)移动到所探测的聚焦光斑的光强为光强最大峰值一半的位置，可提高测量精度。由于两个探测光纤(第一探测光纤和第二探测光纤)探测到的两个聚焦光斑满足镜像关系，在选用中心凹陷的光斑时，为了光斑位置匹配，将两个探测光纤调节到所探测的聚焦光斑的光强均为能量峰值的位置，调节过程中两个探测光纤必须沿相同方向移动。 即，所述的步骤(4)可以为(4)先在所述第一偏振分束器和第三透镜之间放置O/π位相板，并使得所述0/π 位相板的0/π位相分割线经过由所述第三透镜聚焦所得光束的中心且垂直于由所述第一探测光纤的光纤端面中心和第二探测光纤的光纤端面中心构成的连线；再保持所述第一探测光纤和第二探测光纤沿轴向不动，调节所述第一探测光纤和第二探测光纤的位置，使得所述第一探测光纤的光纤端面和第二探测光纤的光纤端面同时在各自所处的平面上沿相同方向水平移动，直至各自所探测的聚焦光斑(即分别在所述第一探测光纤的光纤端面和所述第二探测光纤的光纤端面所形成的聚焦光斑)的光强均为能量峰值，此时，所述第一探测光纤的光纤端面仍然位于所述第三透镜的焦平面上，但所述第一探测光纤的光纤端面的中心与所述第一测量光的焦点不再重合；所述第二探测光纤的光纤端面仍然位于所述第三透镜的焦平面关于第二偏振分束器所成的镜像平面上，但所述第二探测光纤的光纤端面的中心与所述第二测量光的焦点不再重合。同样，所述的步骤⑷也可以为(4)先在所述第一偏振分束器和第三透镜之间放置0/ π位相板，并使得所述0/ π 位相板的0/π位相分割线经过由所述第三透镜聚焦所得光束的中心且平行于由所述第一探测光纤的光纤端面中心和第二探测光纤的光纤端面中心本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：匡翠方，王轶凡，刘旭，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：