[發明專利]一種可獲得光譜信息的白光顯微干涉測量系統及方法

在審

• 申請號: 201910187100.2
• 申請日: 2019-03-13
• 公開（公告）號: CN109781633A
• 公開（公告）日: 2019-05-21
• 發明（設計）人: 劉兆軍;辛磊;楊忠明;劉振華
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G01N21/27
• 分類號: G01N21/27;G01N21/45;G01N21/25;G01B11/24
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 陳桂玲

本發明涉及一種可獲得光譜信息的白光顯微干涉測量系統及方法，屬于精密測量領域，包括寬光譜光源、第一分束器、第一顯微物鏡、第二分束器、第二顯微物鏡、第一CCD探測器和光譜探測模塊；光源發出的光經分束器分成反射光與透射光，分別經過參考光路與測試光路后，在分束器上干涉后被CCD探測器接收，獲得待測平面的表面微觀形貌；在測試光路中加入分束器，將包含待測平面光譜信息的反射光學信號引入光譜探測模塊，獲得干涉圖樣經由PC終端傅里葉變換計算，獲得光譜信息。本發明的思想新穎，將表面形貌檢測原理與傅里葉變換光譜分析原理相結合，可以同時獲得樣本的表面立體形貌及其光譜信息，實現物體的多元測量，節省實驗步驟與時間。

技術領域

本發明涉及一種可獲得光譜信息的白光顯微干涉測量系統及方法，屬于精密測量技術領域。

背景技術

隨著信息時代的不斷發展及超精密制造技術的不斷更新進步，微納技術已經成為現代科技最重要的發展方向之一，是尖端科技的代表。各種微納器件在極端裝備制造、生物醫學、航空航天、量子通信等眾多領域具有重要的應用。

表面微觀形貌測量方法很多，接觸式測量方法作為傳統的測量方式，容易對表面產生劃傷，對于精度要求很高的表面往往不適合，非接觸測量方法可以避免該問題的產生，因此成為表面微觀形貌測量的主要選用方法。非接觸測量方法可以分為：非光學測量法，包括掃描電子顯微鏡和掃描探針顯微鏡等；光學測量法，包括散射法、光切法、偏振光法、散斑法等傳統檢測方法以及顯微干涉測量方法等。

相較于其他測量方法，白光干涉測量法具有測量范圍大、精度高、非接觸等優點。在大范圍、在線檢測過程中逐漸體現出它的優勢，在以非接觸方法測量微器件的階梯、溝槽等不連續表面結構尺寸和表面微觀形貌測量方面，白光干涉法在現代測量方法中具有廣闊發展前景和競爭優勢。

對于材料性質的測量，由于每種原子都有自己的特征譜線，因此可以根據光譜來鑒別物質和確定它的化學組成。現代光譜儀是以傅里葉變換為基礎算法的儀器。該類儀器不用棱鏡或者光柵分光，而是用邁克爾遜干涉結構的到干涉圖，采用傅里葉變換將以時間為變量的干涉圖變換為以頻率為變量的光譜圖。傅里葉光譜儀的產生是一次革命性的飛躍。與傳統的分光光譜儀相比，傅里葉光譜儀有以下優勢：(1)掃描速度快；(2)具有很高的分辨率；(3)有較高的精度與靈敏度；(4)光譜范圍寬。

表面微觀形貌測量與光譜測量領域都有精度較高的測量系統，但在現有的測量系統中，無法做到同時獲得被測樣品光譜信息和表面微觀形貌。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供一種可獲得光譜信息的白光顯微干涉測量系統及方法，可以同時獲得樣本的表面立體形貌及其材料光譜信息，實現物體的多元測量，節省實驗步驟與時間。

本發明采用以下技術方案：

一方面，本發明提供一種可獲得光譜信息的白光顯微干涉測量系統，包括寬光譜光源、第一分束器、第一顯微物鏡、第二分束器、第二顯微物鏡、第一CCD探測器和光譜探測模塊；

所述寬光譜光源經一準直透鏡準直成平行光后垂直入射到第一分束器上，分成透射光T1與反射光F1，反射光F1經第一顯微物鏡聚焦在參考平面上，再經參考平面反射后得到參考光，參考光沿光軸方向經第一顯微物鏡照射在第一分束器上，透射光T1經過第二分束器分成透射光T2和反射光F2，透射光T2經第二顯微物鏡聚焦于待測平面上，由待測平面反射得到測試光，測試光沿光軸方向照射在第一分束器上，在所述第一分束器上參考光與測試光干涉生成干涉光經第一聚焦透鏡，被所述第一CCD探測器接收，通過解調干涉圖得到待測平面的表面微觀形貌；

反射光F2入射到光譜探測模塊。

優選的，所述光譜探測模塊包括第三分束器、動鏡、定鏡、第二CCD探測器和PC終端；