[發明專利]超分辨激光偏振差動共焦成像方法與裝置

有效

• 申請號: 201010173338.9
• 申請日: 2010-05-10
• 公開（公告）號: CN101852594A
• 公開（公告）日: 2010-10-06
• 發明（設計）人: 趙維謙;唐芳;邱麗榮;張旭升
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24;G01B11/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種超分辨激光偏振差動共焦成像方法，其特征在于包括下列步驟：

(1)入射光通過擴束器、偏振態調制系統調制為徑向偏振光，經光瞳濾波器、分光鏡、物鏡聚焦到被測樣品表面，樣品表面的反射光再次經過物鏡、分光鏡，其反射光入射到差動共焦系統；差動共焦系統中第一針孔和第一探測器置于第一透鏡焦前位置+M處，第二針孔和第二探測器置于第二透鏡焦后位置-M處，距離M對應的光學歸一化位移為u_M，軸向和橫向歸一化坐標分別為u和v；

(2)對被測樣品進行軸向掃描，第一探測器和第二探測器分別測得反映被測樣品表面形貌信息的強度響應信號I₁(c，u，+u_M)和I₂(c，u，-u_M)，其差動響應為F(c，u，u_M)；

(3)對被測樣品進行橫向掃描，即可得到一組強度響應信號I₁(v，u，+u_M)和I₂(v，u，-u_M)，其差動響應為F(v，u，u_M)；

(4)利用差動響應F(v，u，u_M)即重構被測樣品的表面三維形貌及微觀尺度。

2.一種超分辨激光偏振差動共焦成像裝置，包括激光光源，其特征在于：還包括依次放置在激光光源發射端方向的擴束器、偏振態調制系統、光瞳濾波器、分光鏡，依次放置于分光鏡透射光方向的物鏡、樣品，以及分光鏡反射光方向反方向的差動共焦系統；差動共焦系統中的第一透鏡、第一針孔、第一探測器依次放置在分光鏡的透射光方向，第二透鏡、第二針孔、第二探測器依次放置在分光鏡的反射光方向，第一探測器置于第一透鏡焦前，第二探測器置于第二透鏡焦后，第一透鏡與第二透鏡焦距相等，兩探測器關于透鏡焦點位置對稱，離焦量大小相同方向相反。

3.根據權利2所述的超分辨激光偏振差動共焦成像裝置，其特征在于：用透鏡和放置在透鏡焦點位置的探測器構成的共焦系統來代替差動共焦系統。

4.根據權利2或3所述的超分辨激光偏振差動共焦成像裝置，其特征在于：所述的偏振態調制系統包括由沿光軸依次放置在擴束器出射光線方向的偏振調制器、第一λ/4波片、純相位液晶空間光調制器和第二λ/4波片；純相位液晶空間光調制器的快慢軸方向分別與第一λ/4波片和第二λ/4波片的快慢軸成45°角。

5.根據權利2或3所述的超分辨激光偏振差動共焦成像裝置，其特征在于：所述的偏振態調制系統包括沿光軸依次放置在擴束器出射光方向的偏振調制器、扭曲向列型液晶盒、螺旋相位元件、第一λ/2波片和第二λ/2波片；其中，對扭曲向列型液晶盒的一塊基底做均勻單方向定向處理，對另一塊基底做旋轉對稱單方向處理，從偏振調制器出射的線偏光的振動方向與扭曲向列型液晶盒軸平行。

6.根據權利2或3所述的超分辨激光偏振差動共焦成像裝置，其特征在于：所述的偏振態調制系統包括沿光軸依次放置在擴束器出射光方向的偏振調制器、分塊λ/2波片空間變化延遲器、聚焦透鏡、非共焦Fabry-Perot干涉儀和準直透鏡組成；分塊λ/2波片空間變化延遲器由4塊或8塊光學性質完全相同的λ/2波片拼接組合，其快軸或慢軸與從偏振調制器出射的線偏光的振動方向的夾角分別為0°、45°、90°和-45°或0°、22.5°、45°、67.5°、90°、-67.5°、-45°和-22.5°。

7.根據權利2或3所述的超分辨激光偏振差動共焦成像裝置，其特征在于：所述的光瞳濾波器是同心三環或五環二元光學元件，與高數值孔徑物鏡結合，將徑向偏振光聚焦后，得到的焦斑大小小于衍射極限值。

8.根據權利2或3所述的超分辨激光偏振差動共焦成像裝置，其特征在于：該測量裝置包括主控計算機和機電控制裝置；主控計算機通過探測器獲取差動共焦響應信號，通過控制機電控制裝置來調節樣品的位置，實現樣品的三維掃描移動。