[发明专利]一种稳定的双波长实时干涉显微装置及其使用方法

说明书

本发明涉及一种稳定的双波长实时干涉显微装置及其使用方法。本发明采用的技术方案包括依次沿光轴方向设置的激光器一、偏振片一、宽带消偏振分光棱镜一、扩束准直器、宽带消偏振分光棱镜二、消色差透镜、长工作距离显微物镜、宽带消偏振分光棱镜三和样品，激光器二垂直设置于宽带消偏振分光棱镜一之上，之间设置有偏振片二；CCD相机垂直设置于宽带消偏振分光棱镜二之上，宽带偏振分光棱镜与宽带消偏振分光棱镜三垂直设置，反射镜一和反射镜二设置于宽带偏振分光棱镜相垂直的两个面上。该装置基于长工作距离显微物镜和小型的双波长分光单元,CCD相机可以实时记录两个波长对应的、条纹相互正交的离轴干涉图，通过傅立叶变换算法得到被测样品的相位分布。

技术领域

本发明涉及一种稳定的双波长实时干涉显微装置及其使用方法。

背景技术

干涉显微技术是光学干涉技术在显微领域的应用，由于干涉显微技术具有可全场测量、无需荧光标记以及轴向测量可达到纳米精度等优点，在光学检测、显微成像、半导体加工检测和生物医学成像等领域获得了广泛的应用。离轴干涉显微技术可以从一幅离轴干涉图中重建出物体的相位分布，具有可以实时测量的优点。但是单波长离轴干涉技术的缺点是：在测量台阶状样品时，可测台阶的最大光程必须小于波长的一半，否则就会出现相位模糊，即使采用相位解包裹算法也不能解决这个问题。而深台阶状样品的检测，在MEMS、半导体制造等领域有着迫切的需求。双波长干涉可以有效测量深台阶状样品。在双波长干涉中，用两个较短的波长λ1、λ2可以合成得到一个较长的波长Λ＝λ1λ2/|λ1-λ2|，当两个波长的间隔较小时，可以得到长的合成波长，从而扩展了相位测量的无包裹范围，可以实现对深台阶状样品的测量。

中国科学院西安光机所的闵俊伟等人(Applied Optics,volume 51 issue 2,2012)、瑞士联邦理工学院的J.Kuhn等(Optics Express,volume 15,issue 12,2007)以及其他课题组分别提出了多种实时双波长干涉显微方法，在这些方法中，CCD(或CMOS)相机可以同时采集两幅不同波长λ1、λ2形成的、干涉条纹(近似)相互正交的离轴干涉图，从而实现实时测量。但是这些装置通常是基于马赫-曾德、泰曼-格林等开路结构的干涉仪，由于这些装置中物光、参考光分别经过不同的路径，对振动、空气的扰动比较敏感，导致测量稳定性差。

发明内容

本发明为解决上述问题，提供一种稳定的双波长实时干涉显微装置及其使用方法，该装置基于长工作距离显微物镜和双波长分光单元,CCD相机可以实时记录两个波长对应的、条纹相互正交的离轴干涉图，通过傅立叶变换算法得到被测样品的相位分布，实现测量稳定性高。

为解决现有技术存在的问题，本发明的技术方案是：一种稳定的双波长实时干涉显微装置，其特征在于：包括激光器一、偏振片一、激光器二、偏振片二、宽带消偏振分光棱镜一、扩束准直器、宽带消偏振分光棱镜二、消色差透镜、长工作距离显微物镜、宽带消偏振分光棱镜三、宽带偏振分光棱镜、反射镜一、反射镜二、样品和CCD相机；

所述的激光器一、偏振片一、宽带消偏振分光棱镜一、扩束准直器、宽带消偏振分光棱镜二、消色差透镜、长工作距离显微物镜、宽带消偏振分光棱镜三和样品依次沿光轴方向设置，所述的激光器二垂直设置于宽带消偏振分光棱镜一之上，所述的偏振片二设置于激光器二和宽带消偏振分光棱镜一之间；CCD相机垂直设置于宽带非偏振分光棱镜二之上，宽带偏振分光棱镜与宽带消偏振分光棱镜三垂直设置，宽带偏振分光棱镜相垂直的两个面上分别设置有反射镜一和反射镜二。

所述的长工作距离显微物镜的工作距离的长度大于宽带消偏振分光棱镜三的长度。

所述的消色差透镜、长工作距离显微物镜共焦放置。

一种稳定的双波长实时干涉显微装置的使用方法，包括下述步骤：