[发明专利]一种氢同位素结晶高度及表面粗糙度干涉测量装置及方法

权利要求书

1.一种氢同位素结晶高度及表面粗糙度干涉测量方法，其特征在于，采用氢同位素结晶高度及表面粗糙度干涉测量装置，所述的氢同位素结晶高度及表面粗糙度干涉测量装置包括干涉测量系统、位移系统和计算机处理模块；

所述的干涉测量系统包括安装在安装板上的光纤激光器、单模保偏光纤、双胶合透镜、偏振分光棱镜、四分之一波片、线偏振片、无穷远矫正长工作距显微物镜、显微镜套筒透镜、移动光阑、平面反射镜、压电陶瓷位移台和探测器；光纤激光器产生的短相干线偏振光经过单模保偏光纤出射，发散球面波经双胶合透镜转变为汇聚球面波被偏振分光棱镜分光，分成参考路和测量路两路光线；其中参考路的垂直偏振光被偏振分光棱镜反射后经过四分之一波片，被无穷远矫正长工作距显微物镜准直为平行光，后经过移动光阑后被平面反射镜反射后原路返回作为参考光；测量路的水平偏振光透射偏振分光棱镜后经过四分之一波片，被相同型号显微物镜准直为平行光，经观察窗口入射至低温真空靶室的待测氢同位素结晶生长面，反射后原路返回作为测量光；

两束光波两次通过四分之一波片后偏振态转换，再依次通过偏振分光棱镜和线偏振片后发生干涉，最后经套筒透镜被成像于探测器处；所述的平面反射镜安装在压电陶瓷位移台上，用于使用移相法解调干涉条纹相位；

所述的位移系统包括龙门架以及安装在龙门架上的电动五维调整架，所述干涉测量系统的安装板固定在电动五维调整架上；

所述的计算机处理模块包括调整架控制单元、图像采集单元、数据分析处理单元；图像采集单元与探测器相连，在得到待测结晶生长显微图像及干涉图图像后，将数据传输至数据分析处理单元进行分析，并通过调整架控制单元微调干涉系统位置，获得精确的结晶高度及表面粗糙度信息；

所述的氢同位素结晶高度及表面粗糙度干涉测量方法包括以下步骤：

(1)在氢同位素结晶生长最初阶段，控制移动光阑遮挡参考路，进入显微观测模式；操控电动五维调整架使干涉测量系统对焦并扫描拍摄整个结晶生长面，然后进行图像拼接得到全部区域图像，确认需要监测区域的精确位置后将干涉测量系统的观察视场对准监测区域并进行精准对焦；

(2)将移动光阑移出参考路，切换到干涉测量模式，使用电动五维调整架调整干涉测量系统相对待测表面倾斜，得到符合测量要求干涉条纹；

(3)使用线偏振片调节干涉图对比度，得到当前结晶生长基底条件下最优的干涉图；测量过程中，根据结晶生长高度不断进行干涉测量系统Z方向调焦，利用干涉图条纹相位测量技术实现对待测区域生长高度及生长最终状态表面粗糙度测量。

2.根据权利要求1所述的氢同位素结晶高度及表面粗糙度干涉测量方法，其特征在于，所述的电动五维调整架通过X、Y、Z三个方向的移动实现干涉测量系统对观测区域扫描及调焦，通过X、Y两个角度的调整，得到符合相位解调要求的干涉条纹。

3.根据权利要求1所述的氢同位素结晶高度及表面粗糙度干涉测量方法，其特征在于，所述的干涉测量系统拥有将移动光阑设置在参考路中的显微观测模式以及将移动光阑移出参考路的干涉测量模式。

4.根据权利要求1所述的氢同位素结晶高度及表面粗糙度干涉测量方法，其特征在于，所述的光纤激光器使用短相干光源，在参考路使用额外空气光程补偿测量路中低温真空靶室的观察窗口引入的光程。

5.根据权利要求1所述的氢同位素结晶高度及表面粗糙度干涉测量方法，其特征在于，在显微观测模式和干涉测量模式，均要时刻保持探测器光敏面与结晶体最高位置分别位于显微镜像面与物面。

6.根据权利要求1所述的氢同位素结晶高度及表面粗糙度干涉测量方法，其特征在于，显微观测模式下，利用Tenengrad算子计算监测区域锐度，控制电动五维调整架实现干涉测量系统在Z方向自动调焦对准；干涉测量模式下，根据计算得到的结晶生长高度，实时控制干涉测量系统Z方向运动，保证对焦位置在结晶表面最高位置。

7.根据权利要求1所述的氢同位素结晶高度及表面粗糙度干涉测量方法，其特征在于，步骤(3)中，所述干涉图条纹相位测量技术是移相法、傅里叶分析法中的一种。