[发明专利]超分辨激光偏振差动共焦成像方法与装置有效

专利信息
申请号: 201010173338.9 申请日: 2010-05-10
公开(公告)号: CN101852594A 公开(公告)日: 2010-10-06
发明(设计)人: 赵维谦;唐芳;邱丽荣;张旭升 申请(专利权)人: 北京理工大学
主分类号: G01B11/24 分类号: G01B11/24;G01B11/00
代理公司: 暂无信息 代理人: 暂无信息
地址: 100081 *** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: 分辨 激光 偏振 差动 成像 方法 装置
【说明书】:

技术领域

发明属于光学精密测量技术领域,涉及一种超分辨激光偏振差动共焦成像方法与装置,可用于纳米制造领域中纳米级几何参数的高精度检测与计量。

技术背景

随着纳米加工与工艺技术的不断发展,使具有纳米结构的器件呈现出体积日益精细、功能日趋多样的技术特征,该技术特征要求纳米结构几何尺度的测试,不仅具有极高的空间分辨能力,而且能进行大尺度、高精度三维层析测量,并能适应纳米制造中一致性与批量化的迫切需求。

共焦显微术由于具有独特的纵向层析成像能力,以及便于与超分辨技术相结合的优势,使得其在高分辨光学显微探测领域中独树一帜,在纳米级测试与检测中发挥着极其重要的作用。

目前,在共焦显微成像方法与技术方面,出现了差动共焦显微术、双轴共焦显微术、共焦干涉显微术和4π共焦显微术等。但这些方法存在诸多局限和不足,如:差动共焦显微术的轴向分辨力可达纳米量级,是非干涉差分共焦显微术的2倍,但其横向分辨力较共焦显微术没有任何改善;双轴共焦显微术的轴向分辨力有所提高,但是是以牺牲了一部分横向分辨能力为代价的,其空间分辨力改善不明显;双光束共焦自干涉显微法的横向分辨力相对普通共焦显微术的横向分辨力改善了38%,对轴向分辨能力和层析能力毫无改善;4π共焦显微法仅改善了轴向分辨能力,对横向分辨力的改善没有贡献。

上述各测量原理及方法的局限,迫使人们在传统的光学测量原理基础上利用新技术、新方法来突破衍射极限的限制,实现光学远场成像技术的高空间分辨力成像检测。

目前,国际上实现光学超分辨成像的研究主要集中在利用光瞳滤波器法,依据部分相干光理论,采用编码光源照明的方法以及借助光的干涉、偏振效应实现光学系统的超分辨等。借助光的偏振效应实现光学系统超分辨成为国内外研究的热点。

基于偏振光实现光学超分辨的理论研究方面,国内外学者做了大量的工作。2009年在《Advances in Optics and Photonics》上发表的《Cylindrical vector beams:from mathematical concepts to applications》一文中,利用电偶极子辐射模型示意图直观解释了利用径向偏振光实现紧聚焦的优势;1959年在《Proceedings of the Royal Society of LondonA》上发表的《Electromagnetic diffraction in optical systems I.An integralrepresentation of the image field》中,利用Richards-Wolf矢量衍射理论的数值方法对此进行了更为深入的理论分析;2005年在《OpticsExpress》上发表的《Direct measurement of a radially polarized focusedevanescent field facilitated by a single LCD》和2007年在《OpticsExpress》上发表的《Experimental measurement of longitudinal componentin the vicinity of focused radially polarized beam》中,通过直接测量和间接测量的方法对焦斑处的纵向场分量进行了实验验证;2003年在《Optics Express》上发表的《Polarization-assisted transverse and axialoptical superresolution》中,利用偏振方向相互垂直的高斯光束成功压缩了聚焦光斑和旁瓣大小,并从实验上证实了横向和轴向超分辨的可行性。

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