[發(fā)明專利]檢測光學(xué)系統(tǒng)光遠(yuǎn)場參量的方法及其裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 00116390.6
• 申請日: 2000-06-08
• 公開（公告）號: CN1274842A
• 公開（公告）日: 2000-11-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐文東;孫潔林;林強(qiáng);干福熹
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所
• 主分類號: G01N21/84
• 分類號: G01N21/84;G01M11/02
• 代理公司: 上海華東專利事務(wù)所
• 代理人: 李蘭英

本發(fā)明是一種檢測光學(xué)系統(tǒng)光遠(yuǎn)場參量的方法及其裝置。主要用于光學(xué)系統(tǒng)小光斑的檢測。

準(zhǔn)確地測量光遠(yuǎn)場(離被測樣品表面距離超過二分之一波長的區(qū)域，稱為光遠(yuǎn)場)的參量，可以更進(jìn)一步研究光學(xué)系統(tǒng)光遠(yuǎn)場的性質(zhì)和應(yīng)用，也可以準(zhǔn)確地判斷光源的特性或檢驗(yàn)光學(xué)系統(tǒng)的質(zhì)量。例如利用小光斑檢測判斷光學(xué)系統(tǒng)的成像質(zhì)量或光學(xué)元件的加工質(zhì)量。在先技術(shù)中對小光斑的檢測主要有刀口掃描法(參見《光學(xué)測量》，北京工業(yè)學(xué)院蘇大圖主編，機(jī)械工業(yè)出版社，1988年6月，262頁)以及測量光學(xué)系統(tǒng)出瞳處的光強(qiáng)分布和波像差由計(jì)算得到小光斑的光強(qiáng)分布的方法(參見《光學(xué)車間檢驗(yàn)》，D.馬拉卡拉主編，機(jī)械工業(yè)出版社，1983年8月，47頁)。當(dāng)會(huì)聚光斑直徑的尺寸接近波長的一半(λ/2)時(shí)，用上述的刀口掃描法無法精確地測量光斑的強(qiáng)度分布，后一種測量光學(xué)系統(tǒng)出瞳處的光強(qiáng)分布和波像差計(jì)算光斑的光強(qiáng)分布所用的測量裝置和測量過程很復(fù)雜，實(shí)時(shí)性和環(huán)境適應(yīng)性也很差。上述兩種測量都只能測量光場的強(qiáng)度分布，不能測量包括光場偏振態(tài)等在內(nèi)的完整信息。而在先技術(shù)中的近場光學(xué)顯微鏡僅用于光近場參量的測量(參見Near-FieldOptics：Microscopy，Spectroscopy，and?Surface?Modification?Beyond?theDiffraction?Limit，Eric?Betzig?and?Jay?K.Trautman，SCIENCE?Vol.257，10?July1992)。

本發(fā)明的目的是提供一種檢測被測樣品光遠(yuǎn)場參量的方法及其裝置，它將能夠彌補(bǔ)在先技術(shù)中的小光斑測量方法存在的缺陷、并能夠進(jìn)行高空間分辨高精度實(shí)時(shí)方便的光遠(yuǎn)場參量的測量。

本發(fā)明的檢測方法是采用將光纖端部帶小孔(最小孔徑達(dá)幾納米)的針尖置于被測樣品光遠(yuǎn)場位置上進(jìn)行掃描的光纖探針掃描法。具體步驟是：

<1>將光纖探針的針尖置于被測樣品的焦點(diǎn)上，進(jìn)行掃描，掃出焦點(diǎn)上光斑的大小；

<2>將光纖探針的針尖置于被測樣品焦點(diǎn)之前距焦點(diǎn)五倍焦深D距離的位置和置于焦點(diǎn)之后距焦點(diǎn)五倍焦深D距離的位置上進(jìn)行掃描，也就是說離開焦點(diǎn)為正負(fù)五倍焦深D的距離進(jìn)行掃描，掃出焦點(diǎn)前和焦點(diǎn)后的兩個(gè)光斑。焦深D＝λ/NA²，其中λ為檢測時(shí)所使用光源的波長，NA為被測樣品的數(shù)值孔徑。

<3>根據(jù)上述獲得焦點(diǎn)上，焦點(diǎn)前和焦點(diǎn)后的三個(gè)光斑的圖樣，利用普通光學(xué)車間加工檢驗(yàn)的星點(diǎn)檢驗(yàn)法，判斷被測樣品的成像質(zhì)量。如圖4所示的流程圖。

上述本發(fā)明的方法所采用的裝置包括：光源1，在光源1發(fā)射光束G前進(jìn)的方向上，中心軸線O₁O₁與光源1的光軸OO相重合地置有光纖掃描器3，光纖掃描器3內(nèi)的中心軸線O₁O₁上置有光纖探針4，光纖探針4的針尖401對著光源1發(fā)射光束G前進(jìn)的方向，光纖探針4的光纖404將光束傳送到光電探測器6上，光電探測器6的輸出通過鎖相放大器7放大后輸入到計(jì)算機(jī)8上。計(jì)算機(jī)8對鎖相放大器7輸出的電信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換與采集，再經(jīng)圖像處理后顯示測量結(jié)果的光遠(yuǎn)場分布狀況(三維的或二維的)。光纖掃描器3通過高壓放大器5與計(jì)算機(jī)8相連。也就是說，計(jì)算機(jī)8控制高壓放大器5的高壓輸出到光纖掃描器3上，從而計(jì)算機(jī)8控制光纖掃描器3的掃描。測量時(shí)，被測樣品2置于光源1與光纖掃描器3之間，如圖1和圖3所示。

所說的光纖掃描器3具有三維掃描方向，它包括掃描器主體303，掃描器主體303置于帶上下運(yùn)動(dòng)馬達(dá)301和左右移動(dòng)馬達(dá)304的支架302內(nèi)，支架302置于帶前后運(yùn)動(dòng)馬達(dá)306的導(dǎo)軌305上。如圖2所示。

所說的掃描器主體303包括筒壁上帶有穿線孔3038的圓筒3035，圓筒3035的前端有針尖保護(hù)罩3033，圓筒3035的后端有后保護(hù)罩3037，圓筒3035內(nèi)與圓筒3035同中心軸線O₁O₁的置有細(xì)圓筒3036，圓筒3035壁的兩端面是凹凸形，在圓筒3035前端的凹端面內(nèi)固定有與圓筒3035同中心軸線O₁O₁的壓電陶瓷掃描管3034，壓電陶瓷掃描管3034前端上套有絕緣環(huán)3032，蓋在絕緣環(huán)3032前端上有軟鐵罩3031。上述掃描器主體303內(nèi)，前端的針尖保護(hù)罩3033，軟鐵罩3031，細(xì)圓筒3036至后端的保護(hù)罩3037均共中心軸線O₁O₁地開有供光纖探針4穿過的中心通孔。如圖3所示。