一種基于古依相移π反轉(zhuǎn)檢測(cè)物體精細(xì)結(jié)構(gòu)的裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種信號(hào)強(qiáng)度檢測(cè)技術(shù)，特別涉及一種基于古依相移31反轉(zhuǎn)檢測(cè)物體精細(xì)結(jié)構(gòu)的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著近幾十年科學(xué)和技術(shù)的迅速發(fā)展，微納結(jié)構(gòu)以其在各個(gè)領(lǐng)域廣泛的應(yīng)用前景，已成為國際上物理領(lǐng)域的一個(gè)重要研究課題。在光電子產(chǎn)業(yè)中，微納結(jié)構(gòu)結(jié)合大規(guī)模集成電路工藝技術(shù)可以加工出新型的光柵；在高端光學(xué)研究領(lǐng)域中，微納結(jié)構(gòu)結(jié)合色彩控制和數(shù)字化編碼可以實(shí)現(xiàn)高端光學(xué)防偽；在光顯示中，利用微納結(jié)構(gòu)和寬帶偏振效應(yīng)，可以大幅度的提高光能利用效率。微納結(jié)構(gòu)在各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用日益增加，而對(duì)它的檢測(cè)也日趨重要。原子力顯微鏡(即Atomic Force Microscope，簡(jiǎn)稱為AFM)、掃描電子顯微鏡(即Scanning Electron Microscope,簡(jiǎn)稱為SEM)、各類光學(xué)顯微鏡等都可以用來檢測(cè)微納結(jié)構(gòu)，但是這些檢測(cè)設(shè)備成本高昂、價(jià)格昂貴、操作繁瑣。
[0003]1883年，美國物理學(xué)家阿爾伯特.亞伯拉罕.邁克爾遜發(fā)現(xiàn)同一入射光分為的兩束光反射回來之后能夠發(fā)生干涉。干涉中兩束光的不同光程可以通過調(diào)節(jié)干涉臂長(zhǎng)度以及改變介質(zhì)的折射率來實(shí)現(xiàn)，從而能夠形成不同的干涉圖樣。這就是著名的邁克爾遜干涉儀。這一發(fā)現(xiàn)在各個(gè)的領(lǐng)域中都有著重要的應(yīng)用，如在近代物理和近代計(jì)量技術(shù)中，光譜線精細(xì)結(jié)構(gòu)的研究和用光波標(biāo)定標(biāo)準(zhǔn)米尺等實(shí)驗(yàn)都應(yīng)用到了邁克爾遜干涉儀。
[0004]1890年，法國物理學(xué)家Louis Georges Gouy發(fā)現(xiàn)通過焦點(diǎn)的電磁波將獲得一個(gè)額外的軸向正負(fù)180°相移。古依相移大大減少了聚焦光束諧波畸變的概率、解釋了不同橫向模式下的共振頻率差異、通過假定菲涅耳惠更斯小波來自一個(gè)主前波解釋了二次相位超前，這一相位變化的發(fā)現(xiàn)，對(duì)整個(gè)電磁波譜有著重要的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明是針對(duì)目前檢測(cè)物體精細(xì)結(jié)構(gòu)的儀器如AFM、SM、各類光學(xué)顯微鏡等成本高昂、調(diào)節(jié)繁瑣的問題，提出了一種基于古依相移η反轉(zhuǎn)檢測(cè)物體精細(xì)結(jié)構(gòu)的裝置，通過設(shè)計(jì)邁克爾遜干涉儀的一路光(即參考光束)為平面光，一路光(即栗浦光束)為聚焦光，根據(jù)古依相移，兩者的相位相差正好為η，相互會(huì)合干涉時(shí)信號(hào)相干相消為背景基底。背景信號(hào)采集完后，再將待測(cè)樣品固定在三維電機(jī)上，調(diào)節(jié)三維電機(jī)上下左右在第二聚焦透鏡焦平面范圍內(nèi)移動(dòng)待測(cè)樣品的位置，利用不同精細(xì)結(jié)構(gòu)導(dǎo)致返回光的相位不同來調(diào)節(jié)最后兩路光相互干涉的結(jié)果。根據(jù)測(cè)得的兩維光波信號(hào)強(qiáng)度推算，得出待測(cè)樣品表面或者內(nèi)部的精細(xì)結(jié)構(gòu)。該裝置簡(jiǎn)單易操作，成本低，應(yīng)用范圍廣。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種基于古依相移π反轉(zhuǎn)檢測(cè)物體精細(xì)結(jié)構(gòu)的裝置，包括光源、第一聚焦透鏡、光隔離器、分束片、第一反射鏡、一維電機(jī)、第二聚焦透鏡、待測(cè)樣品、第二反射鏡、三維電機(jī)、第三聚焦透鏡和探測(cè)系統(tǒng)；
光源發(fā)出的光脈沖經(jīng)過第一聚焦透鏡準(zhǔn)直后，經(jīng)過光隔離器，到達(dá)分束片，其中透射光束作為參考光束，反射光束作為栗浦光束；
參考光束到達(dá)固定在一維電機(jī)的第一反射鏡后，返回再次通過分束片，分束片將部分參考光束反射進(jìn)入第三聚焦透鏡后聚焦到探測(cè)系統(tǒng)，光隔離器用于阻擋參考光束的透射光束再返回光源；
栗浦光束經(jīng)過第二聚焦透鏡聚焦到達(dá)固定在三維電機(jī)上的第二反射鏡，經(jīng)第二反射鏡反射后再次經(jīng)過第二聚焦透鏡然后到達(dá)分束片，并通過分束片將部分栗浦光束透射進(jìn)入第三聚焦透鏡后聚焦到探測(cè)系統(tǒng)，光隔離器用于阻擋栗浦光束的反射光束再返回光源；
參考光束和栗浦光束到達(dá)探測(cè)系統(tǒng)后的相位相差為JT，將兩束光相互會(huì)合干涉時(shí)信號(hào)相干相消作為背景基底，完成初始背景信號(hào)采集；
將固定在三維電機(jī)上的第二反射鏡換成反射式待測(cè)樣品，或?qū)⑼干涫酱郎y(cè)樣品緊貼在第二反射鏡前面，調(diào)節(jié)三維電機(jī)上下左右在第二聚焦透鏡焦平面范圍內(nèi)移動(dòng)待測(cè)樣品的位置，利用待測(cè)樣品表面不同精細(xì)結(jié)構(gòu)所反射的光通過的光程不同，導(dǎo)致其返回光與參考光相互干涉的結(jié)果不同，根據(jù)測(cè)得的兩維光波信號(hào)強(qiáng)度推算，得出待測(cè)樣品表面或者內(nèi)部的精細(xì)結(jié)構(gòu)。
[0007]所述第一反射鏡所固定的一維電機(jī)的位置可連續(xù)移動(dòng)，用于調(diào)節(jié)光學(xué)延遲。
[0008]所述光源的選擇取決于待測(cè)樣品的表面或者內(nèi)部精細(xì)結(jié)構(gòu)特性。
[0009]所述第一反射鏡和第二反射鏡為與光源中心波長(zhǎng)相對(duì)應(yīng)的高效反射鏡。
[0010]所述三個(gè)聚焦透鏡、光隔離器、分束片和探測(cè)系統(tǒng)與所選光源匹配。
[0011]本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明基于古依相移JT反轉(zhuǎn)檢測(cè)物體精細(xì)結(jié)構(gòu)的裝置，裝置簡(jiǎn)單易操作，成本低，應(yīng)用范圍廣。在實(shí)際操作過程中，只需要將待測(cè)樣品固定在三維電機(jī)上，調(diào)節(jié)三維電機(jī)上下左右在第二聚焦透鏡焦平面范圍內(nèi)移動(dòng)待測(cè)樣品的位置，根據(jù)測(cè)得的兩維光波信號(hào)強(qiáng)度推算，得出待測(cè)樣品表面或者內(nèi)部的精細(xì)結(jié)構(gòu)。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明實(shí)現(xiàn)基于古依相移π反轉(zhuǎn)檢測(cè)物體精細(xì)結(jié)構(gòu)的反射式裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明實(shí)現(xiàn)基于古依相移π反轉(zhuǎn)檢測(cè)物體精細(xì)結(jié)構(gòu)的透射式裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為實(shí)現(xiàn)基于古依相移π反轉(zhuǎn)檢測(cè)物體精細(xì)結(jié)構(gòu)反射式裝置的結(jié)構(gòu)模型圖；
圖4為實(shí)現(xiàn)基于古依相移π反轉(zhuǎn)檢測(cè)物體精細(xì)結(jié)構(gòu)透射式裝置的結(jié)構(gòu)模型圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]如圖1為本發(fā)明實(shí)現(xiàn)基于古依相移π反轉(zhuǎn)檢測(cè)物體精細(xì)結(jié)構(gòu)的反射式裝置結(jié)構(gòu)示意圖，即待測(cè)樣品表面可以直接反射光從而實(shí)現(xiàn)檢測(cè)功能的裝置示意圖，包括光源1，第一聚焦透鏡2，光隔離器3，分束片4，第一反射鏡5，一維電機(jī)6，第二聚焦透鏡7，反射式待測(cè)樣品8，第二反射鏡9，三維電機(jī)10，第三聚焦透鏡11和探測(cè)系統(tǒng)12。光源I發(fā)出的光脈沖經(jīng)過第一聚焦透鏡2準(zhǔn)直后，經(jīng)過光隔離器3，到達(dá)分束片4，其中透射光束作為參考光束，反射光束作為栗浦光束。參考光束到達(dá)固定在一維電機(jī)6的第一反射鏡5后，返回再次通過分束片4，分束片4將部分參考光束反射進(jìn)入第三聚焦透鏡11后聚焦到探測(cè)系統(tǒng)12，光隔離器3用于阻擋參考光束的透射光束再返回進(jìn)入光源I ;栗浦光束經(jīng)過第二聚焦透鏡7聚焦到達(dá)固定在三維電機(jī)10上的第二反射鏡9，經(jīng)第二反射鏡9反射后再次經(jīng)過第二聚焦透鏡7到達(dá)分束片4，并通過分束片4將部分栗浦光束透射進(jìn)入第三聚焦透鏡11后聚焦到探測(cè)系統(tǒng)12，光隔離器3用于阻擋栗浦光束的反射光束再返回進(jìn)入光源I。由于參考光束為平面光，栗浦光束為聚焦光，根據(jù)古依相移，兩者的相位相差正好為η，相互會(huì)合干涉時(shí)信號(hào)相干相消，以此為背景基底信號(hào)。在栗浦光束中，第二反射鏡9固定在三維電機(jī)10上，位于第二聚焦透鏡7的焦平面位置處，用于初始背景信號(hào)的采集。當(dāng)初始背景信號(hào)采集完后，需要將固定在三維電機(jī)10上的第二反射鏡9換成反射式待測(cè)樣品8，調(diào)節(jié)三維電機(jī)10上下左右在第二聚焦透鏡7焦平面范圍內(nèi)移動(dòng)反射式待測(cè)樣品8的位置，利用反射式待測(cè)樣品8表面不同精細(xì)結(jié)構(gòu)所反射的光通過的光程不同，導(dǎo)致其返回光與參考光相互干涉的結(jié)果不同。根據(jù)測(cè)得的兩維光波信號(hào)強(qiáng)度推算，就能很精確、直觀地檢測(cè)出反射式待測(cè)樣品8表面的精細(xì)結(jié)構(gòu)。不同的反射式待測(cè)樣品8有不同的特性，該實(shí)驗(yàn)可以根據(jù)反射式待測(cè)樣品8的特性選擇光源1、第一聚焦透鏡2、光隔離器3、分束片4、第一反射鏡5、第二聚焦透鏡7、第二反射鏡9、第三聚焦透鏡11和探測(cè)系統(tǒng)12。
[0014]如圖2為本發(fā)明實(shí)現(xiàn)基于古依相移π反轉(zhuǎn)檢測(cè)物體精細(xì)結(jié)構(gòu)的透射式裝置結(jié)構(gòu)示意圖，即待測(cè)樣品表面無法直接反射光但能被透射并需要借助反射鏡來實(shí)現(xiàn)檢測(cè)功能的裝置不意圖，包括光源I，第一聚焦透鏡2，光隔離器3，分束片4，第一反射鏡5，一維電機(jī)6，第二聚焦透鏡7，第二反射鏡9，三維電機(jī)10，第三聚焦透鏡11，探測(cè)系統(tǒng)12和透射式待測(cè)樣品13。光源I發(fā)出的光脈沖經(jīng)過第一聚焦透鏡2準(zhǔn)直后，經(jīng)過光隔離器3，到達(dá)分束片4，其中透射光束作為參考光束，反射光束作為栗浦光束。參考光束到達(dá)固定在一維電機(jī)6的第一反射鏡5后，返回再次通過分束片4，分束片4將部分參考光束反射進(jìn)入第三聚焦透鏡11后聚焦到探測(cè)系統(tǒng)12，光隔離器3用于阻擋參考光束的透射光束再返回進(jìn)入光源I ;栗浦光束經(jīng)過第二聚焦透鏡7聚焦到達(dá)固定在三維電機(jī)10上的第二反射鏡9，經(jīng)第二反射鏡9反射后再次經(jīng)過第二聚焦透鏡7到達(dá)分束片4，并通過分束片4將部分栗浦光束透射進(jìn)入第三聚焦透鏡11后聚焦到探測(cè)系統(tǒng)12，光隔離器3用于阻擋栗浦光束的反射光束再返回進(jìn)入光源I。由于參考光束為平面光，栗浦光束為聚焦光，根據(jù)古依相移，兩者的相位相差正好為π，相互會(huì)合干涉時(shí)信號(hào)相干相消，以此為背景基底。在栗浦光束中，第二反射鏡9固定在三維電機(jī)10上，位于第二聚焦透鏡7的焦平面位置處，用于初始背景信號(hào)的采集。當(dāng)初始背景信號(hào)采集完后，需要將透射式待測(cè)樣品13緊貼在第二反射鏡9前面，并使透射式待測(cè)樣品13和第二反射鏡9 一起固定在三維電機(jī)10上，調(diào)節(jié)三維電機(jī)10上下左右在第二聚焦透鏡7焦平面范圍內(nèi)移動(dòng)透射式待測(cè)樣品13的位置，利用透過透射式待測(cè)樣品13內(nèi)部不同精細(xì)結(jié)構(gòu)到達(dá)第二反射鏡9后所反射的光通過的光程不同，導(dǎo)致其返回光與參考光相互干涉的結(jié)果不同。根據(jù)測(cè)得的兩維光波信號(hào)強(qiáng)度推算，就能很精確、直觀地檢測(cè)出透射式待測(cè)樣品13內(nèi)部的精細(xì)結(jié)構(gòu)。不同的透射式待測(cè)樣品13有不同的特性，該實(shí)驗(yàn)可以根據(jù)透射式待測(cè)樣品13的特性選擇光源1、第一聚焦透鏡2、光隔離器3、分束片4、第一反射鏡
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