[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

技術領域

本發明屬于光學精密測量技術領域，涉及一種超分辨激光偏振差動共焦成像方法與裝置，可用于納米制造領域中納米級幾何參數的高精度檢測與計量。

技術背景

隨著納米加工與工藝技術的不斷發展，使具有納米結構的器件呈現出體積日益精細、功能日趨多樣的技術特征，該技術特征要求納米結構幾何尺度的測試，不僅具有極高的空間分辨能力，而且能進行大尺度、高精度三維層析測量，并能適應納米制造中一致性與批量化的迫切需求。

共焦顯微術由于具有獨特的縱向層析成像能力，以及便于與超分辨技術相結合的優勢，使得其在高分辨光學顯微探測領域中獨樹一幟，在納米級測試與檢測中發揮著極其重要的作用。

目前，在共焦顯微成像方法與技術方面，出現了差動共焦顯微術、雙軸共焦顯微術、共焦干涉顯微術和4π共焦顯微術等。但這些方法存在諸多局限和不足，如：差動共焦顯微術的軸向分辨力可達納米量級，是非干涉差分共焦顯微術的2倍，但其橫向分辨力較共焦顯微術沒有任何改善；雙軸共焦顯微術的軸向分辨力有所提高，但是是以犧牲了一部分橫向分辨能力為代價的，其空間分辨力改善不明顯；雙光束共焦自干涉顯微法的橫向分辨力相對普通共焦顯微術的橫向分辨力改善了38％，對軸向分辨能力和層析能力毫無改善；4π共焦顯微法僅改善了軸向分辨能力，對橫向分辨力的改善沒有貢獻。

上述各測量原理及方法的局限，迫使人們在傳統的光學測量原理基礎上利用新技術、新方法來突破衍射極限的限制，實現光學遠場成像技術的高空間分辨力成像檢測。

目前，國際上實現光學超分辨成像的研究主要集中在利用光瞳濾波器法，依據部分相干光理論，采用編碼光源照明的方法以及借助光的干涉、偏振效應實現光學系統的超分辨等。借助光的偏振效應實現光學系統超分辨成為國內外研究的熱點。

基于偏振光實現光學超分辨的理論研究方面，國內外學者做了大量的工作。2009年在《Advances?in?Optics?and?Photonics》上發表的《Cylindrical?vector?beams：from?mathematical?concepts?to?applications》一文中，利用電偶極子輻射模型示意圖直觀解釋了利用徑向偏振光實現緊聚焦的優勢；1959年在《Proceedings?of?the?Royal?Society?of?LondonA》上發表的《Electromagnetic?diffraction?in?optical?systems?I.An?integralrepresentation?of?the?image?field》中，利用Richards-Wolf矢量衍射理論的數值方法對此進行了更為深入的理論分析；2005年在《OpticsExpress》上發表的《Direct?measurement?of?a?radially?polarized?focusedevanescent?field?facilitated?by?a?single?LCD》和2007年在《OpticsExpress》上發表的《Experimental?measurement?of?longitudinal?componentin?the?vicinity?of?focused?radially?polarized?beam》中，通過直接測量和間接測量的方法對焦斑處的縱向場分量進行了實驗驗證；2003年在《Optics?Express》上發表的《Polarization-assisted?transverse?and?axialoptical?superresolution》中，利用偏振方向相互垂直的高斯光束成功壓縮了聚焦光斑和旁瓣大小，并從實驗上證實了橫向和軸向超分辨的可行性。