CN1862219A - 长工作距干涉显微镜系统 - Google Patents

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本发明公开了一种长工作距干涉显微镜系统，包括：起偏器、分束器、长工作距显微镜和由两个光轴互相垂直的双折射直角棱镜粘合而成的渥拉斯顿棱镜，光源经过所述起偏器形成线偏振光，并经所述分束器反射后再通过所述渥拉斯顿棱镜，将入射线偏振光分成两束具有微小夹角并且振动方向互相垂直的线偏振光，该两束光投射到被测量样品上，从被测量样品表面反射回的两束正交线偏振光经原路返回，由所述渥拉斯顿棱镜重新复合共线，并经过一四分之一波片形成椭圆偏振光，再经过一检偏器后形成偏振方向相同的线偏振光。本发明对机械振动、空气扰动、以及温度变化等外界环境不敏感，其垂直测量分辨率达到50个纳米量级，具有50mm以上的工作距离。

Description

长工作距干涉显微镜系统
技术领域
本发明涉及一种干涉显微镜系统。
背景技术
许多学科领域的科学问题对微尺度的测量技术提出了越来越高的需求，微米量级的测量技术已经不能满足科学发展的需要，纳米尺度的测量技术研究已成为测量学领域努力实现的目标。目前已经存在的高精度的微尺度测量技术如原子力显微镜、扫描隧道显微镜等可以提供很高的测量精度，但是它们对机械振动、空气扰动、以及温度变化等外界环境非常敏感，并且是接触式测量，应用范围受到了一定的限制。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明的目的在于提供一种长工作距干涉显微镜系统，该显微镜系统能够实现纳米尺度的定量测量。
为实现上述目的，发明一种长工作距干涉显微镜系统，包括：起偏器、分束器、长工作距显微镜和由两个光轴互相垂直的双折射直角棱镜粘合而成的渥拉斯顿(Wollaston)棱镜，光源经过所述起偏器形成线偏振光，并经所述分束器反射后再通过所述渥拉斯顿棱镜，将入射线偏振光分成两束具有微小夹角并且振动方向互相垂直的线偏振光，该两束光投射到被测量样品上，从被测量样品表面反射回的两束正交线偏振光经原路返回，由所述渥拉斯顿棱镜重新复合共线，并经过一四分之一波片形成椭圆偏振光，再经过一检偏器后形成偏振方向相同的线偏振光，发生干涉，通过长工作距显微镜和CCD相机接收图像信号，再传输给设置有图像处理软件的计算机进行图像采集和处理。
本发明通过采用非接触式的表面形貌光学测量技术，它将干涉技术、长工作距显微镜技术、图像采集及处理技术、相移技术等相结合，实现纳米尺度的定量测量。本发明对机械振动、空气扰动、以及温度变化等外界环境不敏感，其垂直测量分辨率达到50个纳米量级，具有50mm以上的工作距离，可以观察到一般的光学显微镜难以分辨到的细节，可应用于多种学科领域。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为采用本发明检测的平晶和介质膜实物照片。
图3为平晶表面四步相移干涉条纹。
图4为图3的表面型貌图。
图5为介质膜表面干涉条纹。
图6为介质膜表面形变与渥拉斯顿棱镜基础形变之和。
图7为图6的介质膜表面型貌图。
图8和图9为原子力显微镜测量介质膜表面结果。
具体实施方式
如图1所示，本发明包括：起偏器2、放大镜3、分束器10、长工作距显微镜7和由两个光轴互相垂直的双折射直角棱镜粘合而成的渥拉斯顿(Wollaston)棱镜5，光源1经过起偏器2形成线偏振光，通过放大镜3放大并经分束器10反射后，再通过渥拉斯顿棱镜5，将入射线偏振光分成两束具有微小夹角并且振动方向互相垂直的线偏振光，该两束光投射到被测量样品11上，从被测量样品表面反射回的两束正交线偏振光经原路返回，由渥拉斯顿棱镜5重新复合共线，再由反射镜4反射，经过一四分之一波片6形成椭圆偏振光，再经过一检偏器9后形成偏振方向相同的线偏振光，发生干涉，通过长工作距显微镜7和CCD相机8接收图像信号，再传输给设置有图像处理软件的计算机12进行图像处理，在长工作距显微镜7和CCD相机8之间设置毛玻璃13，以便于CCD相机8采集图像。计算机12通过传统的图像处理方法，即傅立叶变换法和四步相移法对图像进行计算和还原，将干涉图像还原为表面形貌图。
如图2所示，为用本发明检测的平晶和介质膜实物照片，如图3所示，为图2的平晶表面四步相移干涉条纹，图4为图3的表面型貌图，图3和图4分别给出平晶表面干涉条纹和表面型貌图，代表了渥拉斯顿棱镜产生的基础条纹，图5为介质膜表面干涉条纹，图6为介质膜表面形变与Wollaston棱镜基础形变之和，图7为图6的介质膜表面型貌图，图8和图9给出了原子力显微镜测量介质膜表面结果，最大变形为52nm，表明干涉显微镜可以实现50纳米形变的测量。

Claims (1)

1、一种长工作距干涉显微镜系统，其特征在于，包括：起偏器、分束器、长工作距显微镜和由两个光轴互相垂直的双折射直角棱镜粘合而成的渥拉斯顿棱镜，光源经过所述起偏器形成线偏振光，并经所述分束器反射后再通过所述渥拉斯顿棱镜，将入射线偏振光分成两束具有微小夹角并且振动方向互相垂直的线偏振光，该两束光投射到被测量样品上，从被测量样品表面反射回的两束正交线偏振光经原路返回，由所述渥拉斯顿棱镜重新复合共线，并经过一四分之一波片形成椭圆偏振光，再经过一检偏器后形成偏振方向相同的线偏振光，发生干涉，通过长工作距显微镜和CCD相机接收图像信号，再传输给设置有图像处理软件的计算机进行图像处理。
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