[發(fā)明專利]雙波長雙共焦激光顯微測(cè)量裝置與測(cè)量方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110476165.6
• 申請(qǐng)日: 2021-04-29
• 公開（公告）號(hào): CN113189102A
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬小軍;王琦;王宗偉;何智兵;唐興;胡勇;葉成鋼;高黨忠
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國工程物理研究院激光聚變研究中心
• 主分類號(hào): G01N21/84
• 分類號(hào): G01N21/84;G01N21/01
• 代理公司: 成都虹橋?qū)＠聞?wù)所(普通合伙) 51124
• 代理人: 楊長青

本發(fā)明公開了一種雙波長雙共焦激光顯微測(cè)量裝置與測(cè)量方法，涉及光學(xué)精密檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，目的在于同時(shí)提升激光共焦系統(tǒng)的軸向分辨能力和橫向分辨能力。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：雙波長雙共焦激光顯微測(cè)量裝置，包括激光器、入射光路、反射光路和探測(cè)裝置，第一激光器I和激光器Ⅱ分別發(fā)出不同波長的激光束，經(jīng)分束鏡、準(zhǔn)直器、偏振分光鏡、四分之一玻片、物鏡會(huì)聚到樣品，反射光經(jīng)物鏡、四分之一玻片后，被偏振分光鏡反射，再被半反半透鏡分成兩路，再分別進(jìn)入探測(cè)器I和探測(cè)器Ⅱ進(jìn)行探測(cè)。本發(fā)明將探測(cè)器I和探測(cè)器II分別安裝于與物鏡焦點(diǎn)共軛的位置，將雙探測(cè)器歸一化軸向響應(yīng)曲線相乘后的輸出作為共焦系統(tǒng)的輸出，適用于光學(xué)高分辨測(cè)量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及本發(fā)明涉及光學(xué)精密檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于乘法運(yùn)算，采用雙波長雙共焦探測(cè)結(jié)構(gòu)的激光顯微測(cè)量裝置與測(cè)量方法。

背景技術(shù)

激光共焦技術(shù)是精密位移測(cè)量、生物醫(yī)學(xué)檢測(cè)領(lǐng)域常用的一種高分辨測(cè)量技術(shù)，相對(duì)于普通的光學(xué)顯微鏡，激光共焦顯微鏡采用點(diǎn)照明-點(diǎn)探測(cè)的總體光學(xué)結(jié)構(gòu)，有效地抑制了雜散光對(duì)系統(tǒng)成像的影響，其橫向分辨力和軸向分辨力均得到了顯著的提高。

傳統(tǒng)的激光共焦測(cè)量技術(shù)利用共焦系統(tǒng)軸向響應(yīng)曲線極值點(diǎn)對(duì)樣品表面位移進(jìn)行定焦及高度測(cè)量，由于共焦系統(tǒng)軸向響應(yīng)曲線極值點(diǎn)位置光強(qiáng)變化率為零，系統(tǒng)噪聲也可能導(dǎo)致極值點(diǎn)位置出現(xiàn)一定的波動(dòng)，故基于極值點(diǎn)探測(cè)的共焦系統(tǒng)軸向分辨能力有限。為了提高共焦顯微系統(tǒng)的軸向分辨力和成像效率，1997年，Chau-Hwang Lee提出了一種差分共焦顯微成像方法，該方法利用共焦系統(tǒng)軸向響應(yīng)曲線具有良好線性特性的斜邊區(qū)域進(jìn)行傳感測(cè)量，提高了共焦系統(tǒng)的軸向分辨力(Chau-Hwang Lee,JyhpyngWang.Noninterferometric differential confocal microscopy with 2-nm depthresolution[J].Optics Communications,1997,V135(4-6):233-237)。2000年，王富生等人提出差動(dòng)共焦探測(cè)方法，該方法采用雙共焦探測(cè)光路結(jié)構(gòu)，通過對(duì)共焦系統(tǒng)焦前和焦后的軸線響應(yīng)曲線進(jìn)行差動(dòng)探測(cè)，有效抑制了系統(tǒng)噪聲，進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的軸向分辨力(WangFusheng,Tan Jiubin,Zhao Weiqian.The optical probe using confocal techniquefor surface profile measurement[C].SPIE,2000,4222:194-197)。2004年，趙維謙等人提出光瞳濾波技術(shù)與差動(dòng)共焦探測(cè)技術(shù)相結(jié)合的激光共焦探測(cè)方法，該方法應(yīng)用光瞳濾波技術(shù)提高橫向分辨力，應(yīng)用差動(dòng)共焦探測(cè)技術(shù)提高軸向分辨力，同時(shí)通過將差動(dòng)信號(hào)歸一化處理，實(shí)現(xiàn)了具有反射率差異樣品表面位移的精密測(cè)量(趙維謙,譚久彬,邱麗榮.具有高空間分辨力的差動(dòng)共焦掃描檢測(cè)方法[P].中國,專利號(hào)：ZL200410006359.6,2004-02-27)。

在上述各種共焦技術(shù)中，差分共焦技術(shù)主要提高了系統(tǒng)的軸向分辨能力，系統(tǒng)橫向分辨力損失較大；相對(duì)于差分共焦技術(shù)，差動(dòng)共焦探測(cè)方法具有絕對(duì)零點(diǎn)、量程大、信噪比高等優(yōu)點(diǎn)，但是，由于雙探測(cè)器均處于離焦?fàn)顟B(tài)，因此系統(tǒng)的橫向分辨力相對(duì)較低；基于超分辨光瞳濾波器和差動(dòng)共焦相結(jié)合的共焦技術(shù)，同時(shí)提高了系統(tǒng)的橫向分辨能力和軸向分辨能力，但其成像系統(tǒng)光路復(fù)雜、裝調(diào)難度較大、系統(tǒng)成本相對(duì)較高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明首先提供一種雙波長雙共焦激光顯微測(cè)量裝置與測(cè)量方法，目的在于同時(shí)提升激光共焦系統(tǒng)的軸向分辨能力和橫向分辨能力。