[发明专利]基于金属银增强荧光的自由曲面测量装置及其测量方法

说明书

基于金属银增强荧光的自由曲面测量装置及其测量方法，属于光学精密测量技术领域，本发明为解决由于样品表面的荧光中介层的不均匀，导致面形高度误差大的问题。本发明所述基于金属银增强荧光的自由曲面测量装置的测量方法，在待测样品表面镀一层金属荧光薄膜；激光器发出激光光束经准直镜和光阑形成平行光，经偏振分光棱镜、扫描振镜和扫描透镜在待测样品上形成聚焦光斑，激发金属荧光薄膜发出荧光；经扫描透镜、扫描振镜、偏振分光棱镜、滤光片、收集透镜和针孔被光电探测器收集；通过轴向响应曲线顶点位置确定待测样品表面位置；三维微位载物台带动待测样品在三维方向上移动，形成三维扫描成像。本发明用于测量大口径自由曲面物体表面形貌。

技术领域

本发明涉及一种基于金属银增强荧光的自由曲面测量装置及其测量方法，属于光学精密测量技术领域。

背景技术

在使用大口径自由曲面样品测量装置时，利用物理气相沉积技术，在样品表面沉积一层弱附着的纳米级厚度荧光介质，构建了一个各向同性荧光散射表面，而后收集样品表面薄膜激发出的荧光得到轴向包络曲线，通过图像处理即可得到样品表面形貌。

但由于在其计算扫描点的z轴高度时，由于膜厚度的原因会引入一个共焦轴向响应峰值位置偏移。实际情况下，由于样品表面的荧光中介层的不均匀，这就引入了由于膜厚度不均匀引入的面形高度误差。

现有技术中给出了受厚度影响的轴向响应公式对上述误差进行测量，轴向响应公式为：其中t_f表示荧光物质厚度，I_t为无限薄荧光中介层的共焦轴向响应。分析可知，当z＝t_f/2时，I_T(z)取得最大值，因为I_T(z)为偶函数。这表明轴向的响应峰值处于膜厚度的1/2处。可见，由于荧光膜厚度不均匀产生的高度测量误差为厚度不一致性的1/2。即大小为(H-h)/2，其中H为中介层最大厚度，h为中介层最小厚度。

由此可见，现有技术中面形高度误差比较大。

发明内容

本发明目的是为了解决由于样品表面的荧光中介层的不均匀，导致面形高度误差大的问题，提供了一种基于金属银增强荧光的自由曲面测量装置及其测量方法。

本发明所述基于金属银增强荧光的自由曲面测量装置，该测量装置包括照明模块、探测模块和样品模块；照明模块按照照明光的传播方向依次为：激光器、准直镜、光阑、偏振分光棱镜、扫描振镜和扫描透镜；探测模块按照信号光传播方向依次为：扫描透镜、扫描振镜、偏振分光棱镜、滤光片、收集透镜、针孔和光电探测器；样品模块包括待测样品和用于放置待测样品的三维微位移载物台；所述待测样品表面镀有金属荧光薄膜；

激光器发出激光光束，激光光束经过准直镜和光阑后形成平行光，平行光依次经过偏振分光棱镜、扫描振镜和扫描透镜，透射的光在待测样品上形成聚焦光斑，聚焦光斑激发待测样品表面的金属荧光薄膜发出荧光；待测样品表面的金属荧光薄膜激发出的荧光依次经过扫描透镜、扫描振镜、偏振分光棱镜、滤光片、收集透镜和针孔后，被光电探测器收集。

本发明所述基于金属银增强荧光的自由曲面测量装置的测量方法，该测量方法的具体过程为：

步骤1、在待测样品表面镀上一层厚度小于40nm的金属荧光薄膜；

步骤2、激光器发出激光光束，激光光束经过准直镜和光阑后形成平行光，平行光依次经过偏振分光棱镜、扫描振镜和扫描透镜，透射的光在待测样品上形成聚焦光斑，聚焦光斑激发待测样品表面的金属荧光薄膜发出荧光；

步骤3、待测样品表面的金属荧光薄膜激发出的荧光依次经过扫描透镜、扫描振镜、偏振分光棱镜、滤光片、收集透镜和针孔后，被光电探测器收集；

步骤4、待测样品表面的金属荧光薄膜激发出的荧光被光电探测器收集后，通过轴向响应曲线顶点位置确定待测样品的表面位置；