[发明专利]一种基于偏振相移显微干涉术的超精表面测量系统

说明书

技术领域

本发明的一种基于偏振相移显微干涉术的测量系统属于光学精密测量技术领域。该系统主要应用于超精密(纳米至亚微米)表面轮廓和结构的测量。

背景技术

随着精密测量技术的不断发展，相移干涉显微术已经得到越来越广泛的应用。它是一种将光学干涉术和数字相移技术相结合的位相干涉测量方法，具有三维非接触式、纳米级分辨率的特点(参见参考文献[1])。其测量原理是：在系统显微干涉光路中加入精密移相器件，使测量光与参考光之间不断地产生一相对的相位移动，构成时间序列上的多幅干涉图，探测器探测每一像素点处的序列干涉光强，并将光强数值送入计算机计算得到每一像素点处的被测相位。然而，相移干涉显微技术需要精确地给出移相量，而通常采用的压电陶瓷(PZT)驱动参考反射镜移相的方法由于受PZT非线性的影响而存在相移误差(参见参考文献[2])，同时PZT相移改变了参考镜与显微镜的相对位置，使每次相移干涉的参考波面事实上发生变化，引入测量误差。

参考文献[1]J.Schwider，“Advanced evaluation technique in interferometry，”in Prog.Opt.28，271-359(1990).[2]J.E.Greivenkamp and J.H.Brurninf，“Phase shiftinginterferometry，”in Optical Shop Testing，D.Malacara，Ed.，pp.547-655，Wily，Hoboken，NJ(2007).

参考文献[2]Wyant JC.Effect of piezoelectric transducer nonlinearity on phase shiftinterferometry.Appl.Opt.26：1112-6(1987).

发明内容

本发明的目的是为了克服普通相移显微干涉系统中的PZT移相方法存在的一系列问题，提出了一种将偏振相移(Polarized phase-shifting)技术与Michelson干涉显微术相结合的偏振相移显微干涉系统，实现超精密(纳米至亚微米)表面轮廓和结构的测量。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种偏振相移显微干涉系统，用于实现超精密表面轮廓和结构的测量，该系统包括光源、准直镜、线偏振器、消偏振分光棱镜、显微镜、偏振分光棱镜、参考平面镜、1/4波片、检偏器、成像设备和数据处理系统，

从光源发出的单色光穿过准直镜和线偏振器成为线偏振准直光，被消偏振分光棱镜反射进入显微镜，出射后被偏振分光棱镜垂直分成沿X轴方向的s分量和沿Y轴方向的p分量，所述s分量入射到参考平面镜后反射回来作为参考光，所述p分量透射通过偏振分光棱镜后，入射到被测表面，记录下被测表面的高度信息后反射回来作为测量光；所述参考光和测量光在所述该偏振分光棱镜的分光平面处汇合，再一同穿过1/4波片以及检偏器后发生偏振相移干涉，所述成像设备探测得到干涉图，输入数据处理系统进行处理即得到被测表面微观轮廓和结构。

本发明的有益效果是，结合了偏振相移(Polarized phase-shifting)技术与Michelson干涉显微术，具有结构简单，移相简单且精度高，测量精度高，测量速度快等特点。

附图说明

图1为本发明的偏振相移显微干涉系统的光路原理图。其中，1-单色点光源、2-准直镜、3-线偏振器、4-消偏振分光棱镜、5-长工作距离显微镜、6-偏振分光棱镜、7-被测物、8-平面参考镜、9-1/4玻片、10-检偏器、11-成像设备、12-数据处理系统。

具体实施方式

本发明结合使用偏振相移(Polarized phase-shifting)技术与Michelson干涉显微术。如图1所示，本发明的表面测量系统包括光源1、准直镜2、线偏振器3、消偏振分光棱镜4、长工作距离显微镜5、偏振分光棱镜6、参考平面镜8、1/4波片9、检偏器10、成像设备11、数据处理系统12。