[发明专利]双波长双共焦激光显微测量装置与测量方法

说明书

本发明公开了一种双波长双共焦激光显微测量装置与测量方法，涉及光学精密检测技术领域，目的在于同时提升激光共焦系统的轴向分辨能力和横向分辨能力。本发明采用的技术方案是：双波长双共焦激光显微测量装置，包括激光器、入射光路、反射光路和探测装置，第一激光器I和激光器Ⅱ分别发出不同波长的激光束，经分束镜、准直器、偏振分光镜、四分之一玻片、物镜会聚到样品，反射光经物镜、四分之一玻片后，被偏振分光镜反射，再被半反半透镜分成两路，再分别进入探测器I和探测器Ⅱ进行探测。本发明将探测器I和探测器II分别安装于与物镜焦点共轭的位置，将双探测器归一化轴向响应曲线相乘后的输出作为共焦系统的输出，适用于光学高分辨测量。

技术领域

本发明涉及本发明涉及光学精密检测技术领域，具体涉及一种基于乘法运算，采用双波长双共焦探测结构的激光显微测量装置与测量方法。

背景技术

激光共焦技术是精密位移测量、生物医学检测领域常用的一种高分辨测量技术，相对于普通的光学显微镜，激光共焦显微镜采用点照明-点探测的总体光学结构，有效地抑制了杂散光对系统成像的影响，其横向分辨力和轴向分辨力均得到了显著的提高。

传统的激光共焦测量技术利用共焦系统轴向响应曲线极值点对样品表面位移进行定焦及高度测量，由于共焦系统轴向响应曲线极值点位置光强变化率为零，系统噪声也可能导致极值点位置出现一定的波动，故基于极值点探测的共焦系统轴向分辨能力有限。为了提高共焦显微系统的轴向分辨力和成像效率，1997年，Chau-Hwang Lee提出了一种差分共焦显微成像方法，该方法利用共焦系统轴向响应曲线具有良好线性特性的斜边区域进行传感测量，提高了共焦系统的轴向分辨力(Chau-Hwang Lee,JyhpyngWang.Noninterferometric differential confocal microscopy with 2-nm depthresolution[J].Optics Communications,1997,V135(4-6):233-237)。2000年，王富生等人提出差动共焦探测方法，该方法采用双共焦探测光路结构，通过对共焦系统焦前和焦后的轴线响应曲线进行差动探测，有效抑制了系统噪声，进一步提高了系统的轴向分辨力(WangFusheng,Tan Jiubin,Zhao Weiqian.The optical probe using confocal techniquefor surface profile measurement[C].SPIE,2000,4222:194-197)。2004年，赵维谦等人提出光瞳滤波技术与差动共焦探测技术相结合的激光共焦探测方法，该方法应用光瞳滤波技术提高横向分辨力，应用差动共焦探测技术提高轴向分辨力，同时通过将差动信号归一化处理，实现了具有反射率差异样品表面位移的精密测量(赵维谦,谭久彬,邱丽荣.具有高空间分辨力的差动共焦扫描检测方法[P].中国,专利号：ZL200410006359.6,2004-02-27)。

在上述各种共焦技术中，差分共焦技术主要提高了系统的轴向分辨能力，系统横向分辨力损失较大；相对于差分共焦技术，差动共焦探测方法具有绝对零点、量程大、信噪比高等优点，但是，由于双探测器均处于离焦状态，因此系统的横向分辨力相对较低；基于超分辨光瞳滤波器和差动共焦相结合的共焦技术，同时提高了系统的横向分辨能力和轴向分辨能力，但其成像系统光路复杂、装调难度较大、系统成本相对较高。

发明内容

本发明首先提供一种双波长双共焦激光显微测量装置与测量方法，目的在于同时提升激光共焦系统的轴向分辨能力和横向分辨能力。