[發明專利]熒光反射鏡共軛雙通照明共焦顯微裝置

有效

• 申請號: 201210244838.6
• 申請日: 2012-07-05
• 公開（公告）號: CN102759331A
• 公開（公告）日: 2012-10-31
• 發明（設計）人: 劉儉;譚久彬
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02;G01B11/22;G01B11/24
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技術領域

本發明屬于光學顯微測量技術，主要涉及一種用于微結構光學元件、微結構機械元件、集成電路元件中三維微細結構、微臺階、微溝槽線寬、深度及表面形狀測量的超精密非接觸測量裝置。

背景技術

共焦點掃描測量是微光學、微機械、微電子領域中測量三維微細結構、微臺階、微溝槽線寬、深度及表面形狀的重要技術手段之一，其基本思想是通過引入針孔探測器抑制雜散光，并產生了軸向層析能力，但傳統共焦技術一直受到傳統透鏡成像數值孔徑小于1的原理局限。

雙通照明共焦測量由C.J.R.Sheppard和T.Wilson于1980年提出(Sheppard，C.J.R.and?Wilson，T.(1980)′Multiple?Traversing?of?the?Object?in?the?Scanning?Microscope′，Journal?of?Modem?Optics，27：5，611-624)，其基本思想是利用球面或平面反射鏡將透射樣品的透射照明光反射回去，對樣品進行二次照明，使雙通照明響應函數具有更高的分辨率。分析表明相對于傳統共焦測量，傳統雙通照明共焦測量軸向分辨力能提高2～4倍，光斑旁斑也得到更好的抑制。

傳統雙通照明共焦測量方法存在的主要不足在于一次照明光和二次照明光的干涉擾動，降低信噪比，不利于軸向分辨率的提高。而傳統雙通照明共焦測量方法與Minsky提出的共焦測量方法的共性不足還在于，系統分辨率與收集物鏡數值孔徑大小密切相關，數值孔徑越大，軸向分辨力越高，而由于受到傳統透鏡成像數值孔徑小于1的原理局限，二者都難以通過提高數值孔徑來進一步提高軸向分辨率。

發明內容

本發明的目的就是針對上述傳統共焦測量和雙通照明共焦測量軸向分辨率受物鏡數值孔徑限制和雙通照明共焦測量存在的干涉擾動的不足，提供了一種熒光反射鏡共軛雙通照明共焦顯微裝置，利用熒光反射鏡的熒光特性使照明光產生頻移，避免了雙通照明中一次照明光和二次照明光發生光波混疊而產生干涉；同時采用單色濾光技術能有效濾除一次照明光干擾，提高信噪比；采用橢球共軛雙通照明，使響應函數具有更高的軸向分辨率，同時橢球反射鏡可實現數值孔徑為1的收集與探測，通過提高數值孔徑來進一步提高軸向分辨率。

本發明的目的是這樣實現的：

熒光反射鏡共軛雙通照明共焦顯微裝置包括：激光器、準直擴束器、分光鏡、聚焦物鏡、三維微位移載物臺、窄帶濾波片、收集物鏡、傳導光纖、光電探測器；其中，在激光器直射光路上依次配置準直擴束器和分光鏡，聚焦物鏡和三維微位移載物臺配置在分光鏡反射光路上，窄帶濾波片和收集物鏡配置在分光鏡透射光路上，傳導光纖將收集物鏡會聚光傳導到光電探測器，在分光鏡反射光路上還配置橢球反射鏡，所述的橢球反射鏡的近焦點位于放置在三維微位移載物臺上的樣品表面上，在橢球反射鏡遠焦點位置處配置熒光反射鏡。

所述裝置具有熒光反射鏡，其作用是使入射光線產生頻移，對樣品進行二次照明，同時與一次照明光束分離，與單色濾光技術相結合，避免一次照明反射光與二次照明反射光的干涉擾動。熒光反射鏡為具有表面熒光涂層或熒光液的反射鏡，其制作方法與現有熒光染色技術相同，視為已知技術，該反射鏡在超短激光照射下，能產生單光子或多光子激發，是照明光產生頻移。

本發明的良好效果在于：

1)采用熒光反射鏡與窄帶濾波片，將雙通照明一次照明光和二次照明光通過頻率進行分離，抑制雜散光，克服干涉擾動，提高信噪比。

2)克服了傳統共焦測量技術和傳統雙通照明共焦技術軸向分辨率受物鏡數值孔徑的限制的不足，熒光反射鏡共軛雙通照明共焦顯微裝置可以實現數值孔徑為1的二次照明與探測，通過提高數值孔徑提高分辨率。

3)建立了不同于傳統共焦和傳統雙通照明共焦系統的高階響應函數，有利于提高點掃描分辨率。

附圖說明

圖1是熒光反射鏡共軛雙通照明共焦顯微裝置結構示意圖。

圖2是熒光反射鏡共軛雙通照明共焦顯微裝置橢球反射鏡點擴散函數分析坐標定義圖。

圖3是熒光反射鏡共軛雙通照明共焦顯微裝置單光子激發軸向響應曲線。

圖4是熒光反射鏡共軛雙通照明共焦顯微裝置單光子激發橫向響應曲線。

圖5是熒光反射鏡共軛雙通照明共焦顯微裝置雙光子激發軸向響應曲線。

圖6是熒光反射鏡共軛雙通照明共焦顯微裝置雙光子激發橫向響應曲線。