[发明专利]差动共焦-低相干干涉组合折射率及厚度测量方法与装置

摘要

本发明属于光学精密测量技术领域，涉及一种差动共焦-低相干干涉组合折射率及厚度测量方法与装置。该方法首先通过差动共焦定焦原理和低相干干涉原理分别确定被测样品的前表面位置和后表面位置对应的测量物镜和参考部分的位置，然后测量测量物镜的移动距离Δz和参考部分的移动距离Δl，带入公式计算被测样品的折射率和厚度。本发明首次提出利用差动共焦响应曲线过零点时对应显微物镜焦点的特性实现精确定焦，将差动共焦显微原理扩展到折射率和厚度测量领域，形成差动共焦测厚原理。本发明融合了差动共焦定焦原理与低相干干涉技术，具有测量精度高、抗环境干扰能力强的优点，可用于样品的折射率和厚度的检测。

主权项

1. 差动共焦-低相干干涉折射率与几何厚度测量方法，其特征在于：步骤一、测量计算被测样品的折射率和几何厚度所需的参数：(a)打开光源(24)使平行光透过分光系统(2)后分成测量和参考两束；测量光束经测量物镜(3)汇聚，调节测量透镜(3)，将光线汇聚的焦点移动到被测样品(7)的前表面位置(5)，光线由被测样品(7)前表面反射后返回光路中，经过分光系统(2)透射后进入差动共焦系统(21)；操作者在光轴方向扫描移动测量物镜(3)，并且根据差动共焦系统(21)探测到的差动响应信号的绝对零点值来确定测量透镜(3)相应的前焦点位置(5)；(b)参考光束经过参考透镜(8)汇聚到参考反射镜(11)的表面上，被反射镜反射回到光路中；操作者整体移动由参考透镜(8)和参考反射镜(11)组成的参考部分(9)，通过探测低相干干涉条纹的最大对比度值，使参考光路与步骤(a)中的测量光路达到光程相等的位置(10；(c)操作者再次调节测量透镜(3)，将光线汇聚的焦点移动到被测样品(7)的后表面位置(6)，光线由被测样品(7)后表面反射后返回光路中，经过分光系统(2)透射后进入差动共焦系统(21)；操作者在光轴方向扫描移动测量物镜(3)，并且根据差动共焦系统(21)探测到的差动响应信号的绝对零点值来确定测量透镜(3)相应的后焦点位置(6)；(d)操作者再次整体移动由参考透镜(8)和参考反射镜(11)组成的参考部分(9)，通过探测低相干干涉条纹的最大对比度值，使参考光路与步骤(c)中的测量光路达到光程相等的位置(13)；(e)取(a)和(c)步骤中确定的前焦点位置(5)与后焦点位置(6)，测量两个焦点之间的距离Δz；(f)取(b)和(d)步骤中所确定的参考部分(9)的等光程位置(10)与(13)，测量两位置之间的距离Δl；(g)使用至少两种不同波长的光源重复步骤(a)到(f)得到至少两组Δz和与之相对应的ω的值，其中ω为光源的发光的角频率；步骤二、由步骤一测量得到的数据计算被测样品的折射率和几何厚度：(I)使用下式计算被测样品(7)的几何厚度t：At6+Bt4+Ct2+D＝0D＝-Δl2NA2其中NA为已知的测量透镜(3)的数值孔径；(II)根据步骤(I)所计算得到的几何厚度t，由下式计算被测样品(7)的相折射率np和群折射率ng：Δl＝t×np。