[發(fā)明專利]微納光學(xué)元件光學(xué)參數(shù)測量方法與裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010103186.5
• 申請日: 2010-02-01
• 公開（公告）號: CN101793596A
• 公開（公告）日: 2010-08-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李建龍;董春美
• 申請（專利權(quán)）人: 四川大學(xué)
• 主分類號: G01M11/02
• 分類號: G01M11/02
• 代理公司: 成都科海專利事務(wù)有限責(zé)任公司 51202
• 代理人: 呂建平

一、技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及微納光學(xué)元件測量技術(shù)領(lǐng)域，更為具體地來說，是涉及一種用于測量微納光學(xué)元件光學(xué)參數(shù)的方法和裝置。

二、背景技術(shù)

微納光學(xué)元件是指體積尺寸以納米與微米計量的光學(xué)元件。隨著現(xiàn)代制作技術(shù)和現(xiàn)代生物的快速發(fā)展，幾乎在所有的工程應(yīng)用領(lǐng)域中，無論是現(xiàn)代國防科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，還是普通的工業(yè)領(lǐng)域，例如光纖通信、信息處理、航空航天、生物醫(yī)學(xué)、激光-機械加工和光計算技術(shù)，微納光學(xué)元件都顯示出越來越重要的應(yīng)用價值和廣闊的應(yīng)用前景，并且是制造小型光電子系統(tǒng)的關(guān)鍵元件，它具有體積小、質(zhì)量輕、造價低等優(yōu)點，能夠?qū)崿F(xiàn)普通光學(xué)元件難以實現(xiàn)的微小、陣列、集成、成像和波面轉(zhuǎn)換等新功能。微納光學(xué)元件的功能實現(xiàn)取決于其光學(xué)參數(shù)的精度。微納光學(xué)元件的光學(xué)參數(shù)，包括幾何結(jié)構(gòu)的面型參數(shù)(如光柵的周期，占空比等)、制作微納光學(xué)元件材料的折射率、吸收參數(shù)等，因此如何高精度地測量微納光學(xué)元光學(xué)參數(shù)，對微納光學(xué)元件的應(yīng)用具有十分重要的現(xiàn)實意義。現(xiàn)常用的測量方法可分為兩大類：一類是直接測量，另一類為間接測量。直接測量法是利用有關(guān)的儀器，如分光計、原子力顯微鏡(AFM)、衍射光柵和CCD等來測量微納光學(xué)元件參數(shù)，但有些儀器因其制作工藝復(fù)雜，操作技術(shù)要求高，測量需要的時間長，導(dǎo)致元件光學(xué)參數(shù)測量的成本增大而得不到普遍推廣；有的存在對待測樣品的破壞性。間接測量法是借助優(yōu)化算法，利用微納光學(xué)元件的透射或反射的物理量來反向測量出微納光學(xué)元件的有關(guān)光學(xué)參數(shù)，它具有無損傷、無擾動、成本低等優(yōu)點。隨著優(yōu)化算法的日益完善，光學(xué)參數(shù)的間接測量方法已引起人們的重視，現(xiàn)已開發(fā)出的間接測量方法有橢偏法、透射光譜法等，但是這些方法都是利用微納光學(xué)元件反射或透射光單一物理量進行光學(xué)參數(shù)測量，不能克服微納光學(xué)元件本身制造誤差(如光學(xué)元件表面粗糙、對位等誤差)對測量結(jié)果的影響，不能準(zhǔn)確地測量出光學(xué)元件的光學(xué)參數(shù)，測量精度低，甚至有的測量結(jié)果是錯誤的，就是現(xiàn)在最先進的SEM方法，用其測量得出的結(jié)果也僅停留在微米量級，相對于入射波長來說其精度相對較低，不能滿足實踐需要。

三、發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有微納光學(xué)元件光學(xué)參數(shù)測量技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的旨在提供一種能夠克服微納光學(xué)元件本身制造誤差對測量結(jié)果的影響，可實現(xiàn)對微納光學(xué)元件光學(xué)參數(shù)進行高精度測量的方法和裝置。

本發(fā)明公開的可以實現(xiàn)上述目的的微納光學(xué)元件光學(xué)參數(shù)的測量方法：使測量光源發(fā)出的單色光通過偏振片調(diào)制后入射到待測光學(xué)元件表面上，用光敏探測接收器同時探測接收光學(xué)元件反射和透射的光信息，將探測接收到的光學(xué)信息傳輸給I/D轉(zhuǎn)換器，I/D轉(zhuǎn)換器將光信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字信息輸入到計算機，計算機借助優(yōu)化算法將光學(xué)元件的光學(xué)參數(shù)優(yōu)化，輸出測量結(jié)果，從而實現(xiàn)對微納光學(xué)元件光學(xué)參數(shù)的高精度測量。

為了取得更好的測量效果，測量光源發(fā)出的單色光通過偏振片調(diào)制后，優(yōu)先考慮以多角度地入射到待測光學(xué)元件表面，實現(xiàn)對微納光學(xué)元件光學(xué)參數(shù)的高精度測量；進一步優(yōu)先考慮以波長臨近的多個波長單色光通過偏振片調(diào)制后多角度地入射到待測光學(xué)元件表面，最好是以每個波長的單色光對待測光學(xué)元件表面進行不少于2次的重復(fù)測量。

為了取得進一步更好的測量效果，由測量光源發(fā)出經(jīng)偏振片調(diào)制后單色光最好以3°-20°的入射角入射到待測光學(xué)元件的表面；用于測量的單色光波長最好控制在400nm-700nm范圍。

實施上述微納光學(xué)元件光學(xué)參數(shù)測量方法的裝置，其結(jié)構(gòu)主要包括測量光源，將光源發(fā)出的單色光予以調(diào)制的偏振片，安放待測光學(xué)元件的安放器和比較探測器，安放器設(shè)置在使待測光學(xué)元件位于偏振片與比較探測器光路之間，所述比較探測器主要由光敏探測接收器、I/D轉(zhuǎn)換器和計算機組成，I/D轉(zhuǎn)換器將光敏探測接收器探測接收到的經(jīng)由光學(xué)元件反射和透射的光信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字信息，輸入計算機進行數(shù)字信息優(yōu)化計算，得出待測光學(xué)元件優(yōu)化光學(xué)參數(shù)，構(gòu)成比較探測器的光敏探測接受器至少為兩個，設(shè)置在能同時探測接收經(jīng)由光學(xué)元件反射和透射光信息的位置。

在上述微納光學(xué)元件光學(xué)參數(shù)測量裝置中，為了使測量單色光以3°-20°的入射角入射到待測微納光學(xué)元件上，可將安放待測光學(xué)元件的安放器、偏振片和光源三者中至少其一設(shè)計成是可轉(zhuǎn)動的，即可將安放器、偏振片和光源三者之一設(shè)計成可轉(zhuǎn)動的，也可將安放器、偏振片和光源三者中的二者設(shè)計成是可轉(zhuǎn)動，還可以將安放器、偏振片和光源三者設(shè)計成都是可轉(zhuǎn)動的。最好是將安放器設(shè)計為可轉(zhuǎn)動的，而將偏振片和光源設(shè)計成都是不可轉(zhuǎn)動的，這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計，既能實現(xiàn)測量單色光以3°-20°的入射角入射到待測微納光學(xué)元件上，又能使測量裝置的結(jié)構(gòu)簡單。