[发明专利]一种纳米分辨全反射差分微位移测量的方法和装置

权利要求书

1.一种纳米分辨全反射差分微位移测量的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)由激光器发射的光线，经单模光纤滤波滤去高阶模式后，再经过准直透镜准直，得到准直光束；

(2)所述的准直光束垂直入射到消偏振分光器上分光为第一透射光束和第一反射光束；

(3)将所述的第一透射光束或第一反射光束作为第一入射光束，经过显微物镜汇聚得到聚焦光束，聚焦光束入射到被测靶镜后逆向反射，反射光束经过所述的显微物镜后，再垂直入射到所述的消偏振分光器上，得到第二反射光束或第二透射光束，作为第二入射光束；当所述的第一入射光束为第一透射光束，所述的第二入射光束为第二反射光束；当所述的第一入射光束为第一反射光束，所述的第二入射光束为第二透射光束；

(4)所述的第二入射光束进入斜方棱镜后在斜方棱镜内部发生至少一次全反射后出射，出射光束经过凸透镜汇聚入射到差分探测器上，将光强信号转化为电信号，送入到探测器驱动和显示系统中，通过差分计算得到反映被测靶镜位置变化的电压信号，并显示被测靶镜的位置变化。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的激光器发射的光线为波长在380～780nm范围内的非偏振光。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的准直透镜为正透镜或正透镜组。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的显微物镜采用高数值孔径的消复色差透镜，所述的高数值孔径NA＝0.8～1。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的差分探测器为二象限探测器或四象限探测器。

6.一种用于实现纳米分辨全反射差分微位移测量的装置，其特征在于，包括：第一部件组、第二部件组、第三部件组和第四部件组，其中，

所述的第一部件组，依次包括：激光器、单模光纤和准直透镜，用于发射出光线，并对其进行滤波处理滤去高阶模式和准直处理，得到准直光束；

所述的第二部件组，为消偏振分光器，用于将垂直入射的所述的准直光束分光为第一透射光束和第一反射光束，所述的第一透射光束或第一反射光束为第一入射光束；以及用于对垂直入射的所述的第三部件组的出射光束进行反射或透射，得到第二反射光束或第二透射光束，作为第二入射光束；当所述的第一入射光束为第一透射光束，所述的第二入射光束为第二反射光束；当所述的第一入射光束为第一反射光束，所述的第二入射光束为第二透射光束；

所述的第三部件组，包括：显微物镜，与被测靶镜位于相同的光路上，用于使垂直入射的第一入射光束聚焦后到达被测靶镜，并经被测靶镜逆向反射后，再逆向返回经过所述的显微物镜后出射到所述的消偏振分光器上；

所述的第四部件组，依次包括：斜方棱镜、凸透镜、差分探测器和探测器驱动和显示单元；所述的斜方棱镜用于使入射的第二入射光束发生至少一次全反射后出射；所述的凸透镜用于汇聚从斜方棱镜出射的光束；所述的差分探测器用于接收经所述的凸透镜汇聚的光束，并将光强信号转化为电信号；所述的探测器驱动和显示单元用于接收所述的电信号，进行差分和显示；

所述的各部件组的相对位置为：

(a)所述的第一部件组和第二部件组依次位于所述的激光器发射出的光线的光路上，所述的第三部件组位于所述的消偏振分光器的第一透射光路上，所述的第四部件组位于所述的消偏振分光器的第二反射光路上，所述的第一透射光路为：所述的准直光束垂直入射到所述的消偏振分光器上时第一透射光束的出射光路；所述的第二反射光路为：由所述的被测靶镜逆向反射回来的光经过所述的显微物镜后，垂直入射到所述的消偏振分光器上时第二反射光束的出射光路；

或者，(b)所述的第一部件组和第二部件组依次位于所述的激光器发射出的光线的光路上，所述的第三部件组位于所述的消偏振分光器的第一反射光路上，所述的第四部件组位于所述的消偏振分光器的第二透射光路上，所述的第一反射光路为：所述的准直光束垂直入射到所述的消偏振分光器上时第一反射光束的出射光路；所述的第二透射光路为：由所述的被测靶镜逆向反射回来的光经过所述的显微物镜后，垂直入射到所述的消偏振分光器上时第二透射光束的出射光路。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述的准直透镜为正透镜或正透镜组。

8.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述的显微物镜采用高数值孔径的消复色差透镜，所述的高数值孔径NA＝0.8～1。

9.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述的差分探测器为二象限探测器或四象限探测器。