專利名稱：基于受激輻射的邁克爾遜熒光干涉顯微測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
基于受激輻射的邁克爾遜熒光干涉顯微測量裝置屬于表面形貌測量技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于微結(jié)構(gòu)光學(xué)元件、微結(jié)構(gòu)機械元件、集成電路元件中三維微細結(jié)構(gòu)、微臺階、微溝槽線寬及大數(shù)值孔徑光學(xué)元件表面形狀測量的超精密、動態(tài)、高速干涉測量方法與
>J-U ρ α裝直。
背景技術(shù)：
顯微干涉測量就是用光波干涉和顯微放大的原理進行表面測量。隨著光電技術(shù)和計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，在干涉計量領(lǐng)域發(fā)展出直接測量干涉相位分布的相移技術(shù)。其原理是:對兩束相干光的相位差引入一個時間調(diào)制，然后通過光電探測器和計算機，從接收到的干涉信號中解調(diào)出被測相位分布，該方法可大幅度提高顯微干涉儀的測量精度和測量速度。將相移技術(shù)運用到顯微干涉上來就形成了相移型顯微干涉原理(PSMI)，使用的光源仍是單色激光，對干涉顯微鏡并不要求必須等光程。應(yīng)用相移型顯微干涉原理的顯微干涉儀成為測量高精度超光滑表面形貌的主要工具。為了解決檢測臺階和刻槽時遇到的相位躍變測不準問題，使用的光源從單色激光、雙波長光發(fā)展到白光或準白光，相對應(yīng)的兩種顯微干涉測試原理，即垂直掃描白光干涉原理(VSI)和白光傅里葉頻域分析原理(FDA)也脫穎而出。分光路干涉顯微鏡指產(chǎn)生干涉的參考光與測試光不是走同一條路，需使用精度很高的標準面，根據(jù)干涉光路的結(jié)構(gòu)`主要有Michelson、Mirau、Linnik型。邁克爾遜干涉顯微輪廓儀的原理:平行光束經(jīng)顯微物鏡聚焦后被分光鏡分成兩束，一束射向參考鏡后被反射，另一束射向被測表面后被反射(含被測表面信息)，兩束反射光匯合于分光鏡并發(fā)生干涉。傳統(tǒng)的邁克爾遜干涉儀是一種宏觀測量，測量的是表面形狀或表面形狀誤差，而邁克爾遜干涉顯微輪廓儀是一種顯微放大測量，它測量的是微觀區(qū)域內(nèi)的微觀相貌特征。Mirau干涉顯微輪廓儀的光路:經(jīng)顯微物鏡聚焦并透過參考板的光束，一部分光透過分光板射向被測表面并被反射回顯微鏡的視場，另一部分被分光板反射到位于參考板中心的參考鏡上并再次被反射回顯微鏡的視場，兩束發(fā)射光在顯微鏡的視場中發(fā)生干涉。由于測量光路和參考光路近似共路，因此可排除很多干擾，這是Mirau干涉顯微輪廓儀的一個優(yōu)點。邁克爾遜干涉顯微鏡和Mirau干涉顯微鏡都只使用一個顯微物鏡，在測量時物鏡不會給兩束相干光引入附加的光程差。由于在物鏡和被測表面之間放置了分光器件，因此物鏡的工作距離較長，數(shù)值孔徑較小，橫向分辨率較低。其中邁克爾遜干涉顯微鏡物鏡工作距離比Mirau干涉顯微鏡長，因此抗干擾能力和橫向分辨率要差于Mirau干涉顯微鏡。Linnik干涉顯微鏡采用了兩個完全相同的顯微物鏡，參考光路與測量光路要求一致，由于在物鏡和被測表面之間沒有其它光學(xué)元件，因而Linnik干涉顯微鏡可使用工作距離較短的顯微物鏡，其數(shù)值孔徑較高，橫向分辨率較高。但是，對于高NA或曲率變化劇烈的表面，由于探測系統(tǒng)無法收集到足夠的回光，因此無法實現(xiàn)其表面檢測。

發(fā)明內(nèi)容
為解決探測光難以返回探測系統(tǒng)從而無法實現(xiàn)高NA和高斜率表面檢測的難題，本發(fā)明公開了一種基于受激輻射的邁克爾遜熒光干涉顯微測量裝置。通過鍍膜改變被測面的表面特性，保證測量光經(jīng)被測面反射后能夠返回探測系統(tǒng)，解決了高NA和高斜率表面檢測的難題，適用于高NA和高斜率球面、非球面和自由曲面三維形貌的超精密測量。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的:
基于受激輻射的邁克爾遜熒光干涉顯微測量裝置，包括激光器、沿光線傳播方向配置在激光器直射光路上的會聚物鏡、第一針孔、準直擴束物鏡和分光棱鏡；配置在分光棱鏡反射光路上的聚焦物鏡、位移驅(qū)動器、參考鏡、分光棱鏡和被測件；配置在分光棱鏡透射光路上的成像會聚物鏡、窄帶濾光片、第二針孔、探測器；所述的被測件和參考鏡表面采用真空蒸發(fā)鍍膜法進行鍍膜。上述基于受激輻射的邁克爾遜熒光干涉顯微測量裝置，所述的聚焦物鏡的數(shù)值孔徑小于0.2。上述基于受激輻射的邁克爾遜熒光干涉顯微測量裝置，所述的窄帶濾光片的中心波長為610nm,帶寬為50nm。由于本發(fā)明基于受激輻射的邁克爾遜熒光干涉顯微測量裝置，包括激光器、沿光線傳播方向配置在激光器直射光路上的會聚物鏡、第一針孔、準直擴束物鏡和分光棱鏡；配置在分光棱鏡反射光路上的聚焦物鏡、位移驅(qū)動器、參考鏡、分光棱鏡和被測件；配置在分光棱鏡透射光路上的成像會聚物鏡、窄帶濾光片、第二針孔、探測器；所述的被測件和參考鏡表面采用真空蒸發(fā)鍍膜法進行鍍膜；這種設(shè)計，既保留了白光干涉測量方法優(yōu)勢，克服單色光相移干涉術(shù)中的相位模糊問題，其垂直測量范圍理論上僅受掃描器行程和干涉物鏡工作距離限制，又通過鍍膜改變被測面的表面特性，保證測量光經(jīng)被測面反射后能夠返回探測系統(tǒng)，解決了高NA和高斜率表面檢測的難題，適用于高NA和高斜率球面、非球面和自由曲面三維形貌的超精密測量。


圖1是本發(fā)明基于受激輻射的邁克爾遜熒光干涉顯微測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中:1激光器、2會聚物鏡、3第一針孔、4準直擴束物鏡、5分光棱鏡、6聚焦物鏡、7位移驅(qū)動器、8參考鏡、9分光棱鏡、10被測件、11成像會聚物鏡、12窄帶濾光片、13第二針孔、14探測器。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明具體實施例作進一步詳細描述。本實施例的基于受激輻射的邁克爾遜熒光干涉顯微測量裝置結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。該測量裝置包括激光器1、沿光線傳播方向配置在激光器I直射光路上的會聚物鏡2、第一針孔3、準直擴束物鏡4和分光棱鏡5 ;配置在分光棱鏡5反射光路上的聚焦物鏡6、位移驅(qū)動器7、參考鏡8、分光棱鏡9和被測件10 ;配置在分光棱鏡5透射光路上的成像會聚物鏡11、窄帶濾光片12、第二針孔13、探測器14 ;所述的被測件10和參考鏡8表面采用真空蒸發(fā)鍍膜法進行鍍膜。所述的聚焦物鏡的數(shù)值孔徑小于0.2。所述的窄帶濾光片的中心波長為610nm，帶寬為50nm。
權(quán)利要求
1.基于受激輻射的邁克爾遜熒光干涉顯微測量裝置，其特征在于包括激光器(I)、沿光線傳播方向配置在激光器(I)直射光路上的會聚物鏡(2)、第一針孔(3)、準直擴束物鏡(4)和分光棱鏡(5);配置在分光棱鏡(5)反射光路上的聚焦物鏡(6)、位移驅(qū)動器(7)、參考鏡(8 )、分光棱鏡(9 )和被測件(10 );配置在分光棱鏡(5 )透射光路上的成像會聚物鏡(11)、窄帶濾光片(12)、第二針孔(13)、探測器(14);所述的被測件(10)和參考鏡(8)表面采用真空蒸發(fā)鍍膜法進行鍍膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于受激輻射的邁克爾遜熒光干涉顯微測量裝置，其特征在于所述的聚焦物鏡(6)的數(shù)值孔徑小于0.2。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于受激輻射的邁克爾遜熒光干涉顯微測量裝置，其特征在于所述的窄帶濾光片(12)的中心波長為610nm,帶寬為50nm。
全文摘要
基于受激輻射的邁克爾遜熒光干涉顯微測量裝置屬于表面形貌測量技術(shù)領(lǐng)域；該測量裝置包括激光器、沿光線傳播方向配置在激光器直射光路上的會聚物鏡、第一針孔、準直擴束物鏡和分光棱鏡；配置在分光棱鏡反射光路上的聚焦物鏡、位移驅(qū)動器、參考鏡、分光棱鏡和被測件；配置在分光棱鏡透射光路上的成像會聚物鏡、窄帶濾光片、第二針孔、探測器；所述的被測件和參考鏡表面采用真空蒸發(fā)鍍膜法進行鍍膜；這種通過鍍膜改變被測面的表面特性的設(shè)計，保證測量光經(jīng)被測面反射后能夠返回探測系統(tǒng)，解決了高NA和高斜率表面檢測的難題，適用于高NA和高斜率球面、非球面和自由曲面三維形貌的超精密測量。
文檔編號G01B11/24GK103115582SQ201310033080
公開日2013年5月22日 申請日期2013年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月29日
發(fā)明者劉儉, 譚久彬, 王偉波, 張拓 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)