徑向偏光照明橢球曲面光瞳振幅濾波共焦成像裝置屬于光學顯微鏡測量領域；該共焦成像裝置激光器發出的激光束依次經過準直擴束器，起偏器，徑向偏振光轉換器，分光鏡后，由大數值孔徑物鏡會聚到橢球反射鏡表面，再經過橢球反射鏡和樣品的兩次反射后沿對稱路徑返回，再次經過分光鏡時被反射，反射光束先經耦合透鏡會聚，再經光纖傳輸到光電倍增管上成像；所述大數值孔徑物鏡的焦點和橢球反射鏡的遠焦點F1重合，橢球反射鏡的近焦點F2位于樣品的表面上；所述的橢球反射鏡為環帶結構，相隔的兩個環帶反射率相同，相鄰的兩個環帶反射率分別為0和1；使用本發明專利技術，可以提高橫向分辨率以及提高焦點處軸向電場能流密度最大值和徑向電場能流密度最大值之比。
【技術實現步驟摘要】
徑向偏光照明橢球曲面光瞳振幅濾波共焦成像裝置屬于光學顯微鏡測量領域；主要涉及一種用于微結構工業樣品中三維細微結構表面形貌測量的超精密非接觸測量裝置。
技術介紹
共焦點掃描測量是微光學、微機械、微電子領域中測量三維精細結構、微臺階、微溝漕線寬、深度及表面形狀的主要技術手段之一。包括差動共焦曲率半徑測量方法與裝置(公開號CN101526341)、共焦顯微鏡及用其測量高度的方法(公開號CN1392962)、復色超分辨差動共焦測量方法與裝置(公開號CN101182992)等采用傳統透鏡照明和探測結構的共焦點掃描測量系統，其橫向分辨率與物鏡的數值孔徑大小密切相關，數值孔徑越大，分辨率越高。對于這類采用傳統透鏡照明和探測結構的共焦點掃描測量系統，透鏡組構成的物鏡的會聚角理論極限為90°，然而苛刻的加工工藝和復雜的鏡組結構使得實際商用干式物鏡的最大會聚角被限制在72° (對應數值孔徑為0.95，折射率為I時)，所以采用傳統透鏡照明和探測結構的共焦掃描系統很難通過增大數值孔徑來提高分辨率。此外，已知使用徑向偏振光照明，可以在焦點附近獲得軸偏振光。王海鳳等人于 2008 年在《Nature Photonics》上發表《Creation of a needle of longitudinallypolarized light in vacuum using binary optics》介紹了其在徑向偏振光照明條件下,利用二元光學器件濾波從而獲得軸向偏振光的方法。軸向偏振光在很多領域有著重要的應用，比如粒子加速，生物顯微鏡中的熒光成像，二次諧波的產生以及光刻技術等。在不經過濾波的情況下，利用 透鏡會聚得到的軸向偏振光的軸向偏振比例不高。在會聚角達到90°時(理想情況，實際上干式物鏡只能達到72°左右)，軸向電場能流密度最大值和徑向電場能流密度最大值之比max(￡_ )/max(￡；2)低于5。
技術實現思路
為了解決上述問題，本專利技術設計了一種徑向偏光照明橢球曲面光瞳振幅濾波共焦成像裝置，不僅可以提高橫向分辨率，而且可以提高焦點處軸向電場能流密度最大值max(￡ )和徑向電場能流密度最大值max(￡,2)之比。本專利技術的目的是這樣實現的:徑向偏光照明橢球曲面光瞳振幅濾波共焦成像裝置，包括激光器，準直擴束器，起偏器，徑向偏振光轉換器，分光鏡，大數值孔徑物鏡，橢球反射鏡，樣品，三維載物臺，稱合透鏡，光纖，光電倍增管；激光器發出的激光束依次經過準直擴束器，起偏器，徑向偏振光轉換器，分光鏡后，由大數值孔徑物鏡會聚到橢球反射鏡表面，再經過橢球反射鏡和樣品的兩次反射后沿對稱路徑返回，再次經過分光鏡時被反射，反射光束先經耦合透鏡會聚，再經光纖傳輸到光電倍增管上成像；其中，樣品固定放置在三維載物臺上；大數值孔徑物鏡的焦點和橢球反射鏡的遠焦點F1重合,橢球反射鏡的近焦點F2位于樣品的表面上；所述的橢球反射鏡為環帶結構，相隔的兩個環帶反射率相同，相鄰的兩個環帶反射率分別為0和I。上述徑向偏光照明橢球曲面光瞳振幅濾波共焦成像裝置，所述的橢球反射鏡的邊緣環帶反射率為I ;頂點環帶反射率為O。上述徑向偏光照明橢球曲面光瞳振幅濾波共焦成像裝置，所述的橢球反射鏡為四環帶結構。從橢球反射鏡邊緣到頂點,環帶的反射率依次為1、0、1、0。從橢球反射鏡邊緣到頂點，第一環帶對橢球反射鏡近焦點F2的張角范圍為[7 31/8，31 ];第三環帶對橢球反射鏡近焦點F2的張角范圍為[5 31 /8, 3 31 /4]。由于本專利技術共 焦成像裝置中，橢球反射鏡為環帶結構，相隔的兩個環帶反射率相同，相鄰的兩個環帶反射率分別為0和I ;這種環帶設計，可以實現對光束的濾波，不僅可以提高橫向分辨率，而且可以提高焦點處軸向電場能流密度最大值Dlax(K)和徑向電場能流密度最大值max(￡；2)之比。附圖說明圖1是徑向偏光照明橢球曲面光瞳振幅濾波共焦成像裝置結構示意圖。圖2是橢球反射鏡點擴散函數分析坐標定義圖。圖3是橢球曲面光瞳濾波結構沿z軸負方向在x2_y2面上的投影圖。圖4是橢球反射鏡近焦點F2附近徑向光強分布和艾里斑徑向光強分布對比圖。圖5是橢球反射鏡和傳統透鏡所對應的聚焦光斑軸向電場能流密度最大值max(￡:)和徑向電場能流密度最大值max(杧)之比隨數值孔徑角變化趨勢圖。圖中:1激光器、2準直擴束器、3起偏器、4徑向偏振光轉換器、5分光鏡、6大數值孔徑物鏡、7橢球反射鏡、8樣品、9三維載物臺、10稱合透鏡、11光纖、12光電倍增管。具體實施例方式下面結合附圖對本專利技術具體實施方式作進一步詳細描述。本實施例的徑向偏光照明橢球曲面光瞳振幅濾波共焦成像裝置結構示意圖如圖1所不。該共焦顯微鏡包括激光器I，準直擴束器2,分光鏡5,大數值孔徑物鏡6,橢球反射鏡7,樣品8,三維載物臺9, f禹合透鏡10,光纖11,光電倍增管12 ;激光器I發出的激光束先后經過準直擴束器2和分光鏡5后，由大數值孔徑物鏡6會聚到橢球反射鏡7表面，再經過橢球反射鏡7和樣品8的兩次反射后沿對稱路徑返回，再次經過分光鏡5時被反射，反射光束先經耦合透鏡10會聚，再經光纖11傳輸到光電倍增管12上成像；其中，樣品8固定放置在三維載物臺9上；大數值孔徑物鏡6的焦點和橢球反射鏡7的遠焦點F1重合，橢球反射鏡7的近焦點F2位于樣品8的表面上；所述的橢球反射鏡7為四環帶結構,從橢球邊緣到頂點，環帶的反射率依次為1、0、1、0 ;從橢球反射鏡7邊緣到頂點,第一環帶對橢球反射鏡7近焦點F2的張角范圍為[7 Jr/8，n ];第三環帶對橢球反射鏡7近焦點F2的張角范圍為[5 JI /8, 3 JI /4]。本實施例中，橢球反射鏡7的點擴散函數分析坐標定義圖如圖2所示。徑向偏振光經過大數值孔徑物鏡6會聚到橢球反射鏡7的一個焦點F1，然后被橢球反射鏡7反射、會聚到另一個焦點F2，在F2附近形成了徑向電場E, ( P s，zs)和軸向電場Ez ( P s，zs);其中，J =5 31 /16, 21 =3 31 /8, |3|=7 3i/16oEr(P s, Zs)表式為:本文檔來自技高網...
【技術保護點】
徑向偏光照明橢球曲面光瞳振幅濾波共焦成像裝置，包括激光器（1），準直擴束器（2），起偏器（3），徑向偏振光轉換器（4），分光鏡（5），大數值孔徑物鏡（6），橢球反射鏡（7），樣品（8），三維載物臺（9），耦合透鏡（10），光纖（11），光電倍增管（12）；激光器（1）發出的激光束依次經過準直擴束器（2），起偏器（3），徑向偏振光轉換器（4），分光鏡（5）后，由大數值孔徑物鏡（6）會聚到橢球反射鏡（7）表面，再經過橢球反射鏡（7）和樣品（8）的兩次反射后沿對稱路徑返回，再次經過分光鏡（5）時被反射，反射光束先經耦合透鏡（10）會聚，再經光纖（11）傳輸到光電倍增管（12）上成像；其中，樣品（8）固定放置在三維載物臺（9）上；大數值孔徑物鏡（6）的焦點和橢球反射鏡（7）的遠焦點F1重合，橢球反射鏡（7）的近焦點F2位于樣品（8）的表面上；其特征在于所述的橢球反射鏡（7）為環帶結構，相隔的兩個環帶反射率相同，相鄰的兩個環帶反射率分別為0和1。
【技術特征摘要】
1.徑向偏光照明橢球曲面光瞳振幅濾波共焦成像裝置，包括激光器(1)，準直擴束器(2),起偏器(3),徑向偏振光轉換器(4),分光鏡(5),大數值孔徑物鏡(6),橢球反射鏡(7),樣品(8 )，三維載物臺(9 )，耦合透鏡(10 )，光纖(11)，光電倍增管(12);激光器(I)發出的激光束依次經過準直擴束器(2 )，起偏器(3 )，徑向偏振光轉換器(4 )，分光鏡(5 )后，由大數值孔徑物鏡(6)會聚到橢球反射鏡(7)表面，再經過橢球反射鏡(7)和樣品(8)的兩次反射后沿對稱路徑返回，再次經過分光鏡(5)時被反射，反射光束先經耦合透鏡(10)會聚，再經光纖(11)傳輸到光電倍增管(12)上成像；其中，樣品(8)固定放置在三維載物臺(9)上；大數值孔徑物鏡(6)的焦點和橢球反射鏡(7)的遠焦點F1重合,橢球反射鏡(7)的近焦點F2位于樣品(8)的表面上；其特...
【專利技術屬性】
技術研發人員：劉儉，譚久彬，張云龍，
申請(專利權)人：哈爾濱工業大學，中國兵器工業第二〇五研究所，
類型：發明
國別省市：
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