[发明专利]一种轮廓的显微方法和装置

说明书

技术领域

本发明属于光学超分辨显微领域，特别涉及一种轮廓的显微方法和装置。

背景技术

随着科学技术的发展，人们不断追求越来越小的尺寸结构和越来越高的分辨能力，特别是在微电子、航空航天、纳米加工、生命科学和材料工程等领域，对微小尺度结构和超分辨的要求日益迫切。

1957年，M.Minsky为了消除普通光学显微镜在探测样品时产生的散射光影响，首次提出共焦显微镜的思想并于1961年申请专利。随后T.Wilson和C.J.Sheppard等多位学者对共焦显微成像技术进行了更细致的研究。90年代以后，随着计算机技术和各类新型光学元件制作等技术的发展和交融，共焦显微技术在技术和理论上都获得了长足的发展，并促进了现代成像光学进入一个崭新的发展阶段。

共焦显微术具有高分辨率，尤其是纵向高分辨率的特点。它突破了普通光学显微镜衍射极限的限制，纵向分辨率可以达到亚微米量级，但横向分辨率仅为相同数值孔径的普通光学显微镜的1.4倍。

差分共焦方法是建立在共焦显微术基础上的测量方法，是表面形貌检测的新方法，系统轴向分辨率可以达到纳米量级，高速而且精确。有专利对使用差分共焦方法提高系统的轴向分辨能力进行了研究，轴向分辨能力有显著改善，但是未能改善系统的横向分辨能力。

因此，目前现有技术显微系统的横向分辨率，仍然无法满足在微电子、航空航天、纳米加工、生命科学和材料工程等领域对微小尺度结构的超分辨要求。

发明内容

本发明提供了一种轮廓的显微方法和装置，通过横向差分获得物体的轮廓像，有效提高了系统的横向分辨率。本发明结构简单，横向分辨率提高显著，可以达到200nm以下，可用于光学显微领域以及纳米级别的高精度检测、测量和制造等领域。

一种轮廓的显微方法，包括以下步骤：

(1)激光器发射出光束，经单模光纤耦合和第一准直透镜准直，得到准直光束；所述准直光束经第一偏振片调制为平行线偏振光(p光)，所述平行线偏振光经由第一偏振分束器全部透射后，再经四分之一波片调制为圆偏振光；所述圆偏振光经第二透镜聚焦到样品平台；

(2)所述样品平台的表面发生反射和散射，得到的反射光和散射光沿原光路逆向返回，先被所述第二透镜收集，再经过所述四分之一波片调制为垂直线偏振光(s光)；所述垂直线偏振光经由所述第一偏振分束器全部反射形成第一反射光，所述第一反射光经由第三透镜聚焦后，依次通过二分之一波片和第二偏振分束器，分光为光强大小相等的第一测量光和第二测量光；所述第一测量光聚焦于第一探测光纤的光纤端面，所述第二测量光聚焦于第二探测光纤的光纤端面；

(3)调节所述样品平台、第一探测光纤和第二探测光纤的位置，直至所述第一探测光纤和第二探测光纤所探测的聚焦光斑(即分别在所述第一探测光纤的光纤端面和所述第二探测光纤的光纤端面所形成的聚焦光斑)的光强均达到光强最大峰值；此时，所述第一探测光纤的光纤端面位于所述第三透镜的焦平面上，且所述第一探测光纤的光纤端面的中心与所述第一测量光的焦点重合；所述第二探测光纤的光纤端面位于所述第三透镜的焦平面关于所述第二偏振分束器所成的镜像平面上，且所述第二探测光纤的光纤端面的中心与所述第二测量光的焦点重合；

(4)保持所述第一探测光纤和第二探测光纤沿轴向不动，调节所述第一探测光纤和第二探测光纤的位置，使得所述第一探测光纤的光纤端面和第二探测光纤的光纤端面同时在各自所处的平面上沿相同方向水平移动，直至各自所探测的聚焦光斑(即分别在所述第一探测光纤的光纤端面和所述第二探测光纤的光纤端面所形成的聚焦光斑)的光强均为光强最大峰值的一半，此时，所述第一探测光纤的光纤端面仍然位于所述第三透镜的焦平面上，但所述第一探测光纤的光纤端面的中心与所述第一测量光的焦点不再重合；所述第二探测光纤的光纤端面仍然位于所述第三透镜的焦平面关于所述第二偏振分束器所成的镜像平面上，但所述第二探测光纤的光纤端面的中心与所述第二测量光的焦点不再重合；