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原文传递一种可获得光谱信息的白光显微干涉测量系统及方法

专利名称：	一种可获得光谱信息的白光显微干涉测量系统及方法
摘要：	本发明涉及一种可获得光谱信息的白光显微干涉测量系统及方法，属于精密测量领域，包括宽光谱光源、第一分束器、第一显微物镜、第二分束器、第二显微物镜、第一CCD探测器和光谱探测模块；光源发出的光经分束器分成反射光与透射光，分别经过参考光路与测试光路后，在分束器上干涉后被CCD探测器接收，获得待测平面的表面微观形貌；在测试光路中加入分束器，将包含待测平面光谱信息的反射光学信号引入光谱探测模块，获得干涉图样经由PC终端傅里叶变换计算，获得光谱信息。本发明的思想新颖，将表面形貌检测原理与傅里叶变换光谱分析原理相结合，可以同时获得样本的表面立体形貌及其光谱信息，实现物体的多元测量，节省实验步骤与时间。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	山东;37
申请人：	山东大学
发明人：	刘兆军;辛磊;杨忠明;刘振华
专利状态：	有效
申请日期：	2019-03-13T00:00:00+0800
发布日期：	2019-05-21T00:00:00+0800
申请号：	CN201910187100.2
公开号：	CN109781633A
代理机构：	济南金迪知识产权代理有限公司
代理人：	陈桂玲
分类号：	G01N21/27(2006.01);G;G01;G01N;G01N21
申请人地址：	250199 山东省济南市历城区山大南路27号
主权项：	1.一种可获得光谱信息的白光显微干涉测量系统，其特征在于，包括宽光谱光源、第一分束器、第一显微物镜、第二分束器、第二显微物镜、第一CCD探测器和光谱探测模块；所述宽光谱光源经一准直透镜准直成平行光后垂直入射到第一分束器上，分成透射光T1与反射光F1，反射光F1经第一显微物镜聚焦在参考平面上，再经参考平面反射后得到参考光，参考光沿光轴方向照射在第一分束器上，透射光T1经过第二分束器分成透射光T2和反射光F2，透射光T2经第二显微物镜聚焦于待测平面上，由待测平面反射得到测试光，测试光沿光轴方向照射在第一分束器上，在所述第一分束器上参考光与测试光干涉生成干涉光经第一聚焦透镜，被所述第一CCD探测器接收；反射光F2入射到光谱探测模块。 2.根据权利要求1所述的可获得光谱信息的白光显微干涉测量系统，其特征在于，所述光谱探测模块包括第三分束器、动镜、定镜、第二CCD探测器和PC终端；所述反射光F2经第三分束器，分成透射光T3与反射光F3，透射光T3经过定镜反射，反射光F3经过动镜反射，两束光在第三分束器上干涉产生干涉光，经第二聚焦透镜被第二CCD探测器接收，再经PC终端处理与记录。 3.根据权利要求2所述的可获得光谱信息的白光显微干涉测量系统，其特征在于，所述第二分束器的反射面与由待测平面反射回来的测试光的方向成顺时针45°夹角；所述第一分束器和第三分束器的反射面与各自入射光的方向均成逆时针45°夹角。 4.根据权利要求2所述的可获得光谱信息的白光显微干涉测量系统，其特征在于，所述第一分束器上镀有镀镍铬合金的金属膜，使镀膜后反射率与透射率之比为1:2；所述第二分束器和第三分束器均镀有镀镍铬合金的金属膜，使镀膜后反射率与透射率之比为1:1。 5.根据权利要求3所述的可获得光谱信息的白光显微干涉测量系统，其特征在于，所述待测平面置于PZT移相器上，用于待测平面的微观形貌的测量。 6.一种权利要求1所述的可获得光谱信息的白光显微干涉测量系统的测量方法，其特征在于，包括选择宽光谱光源、分束器、显微物镜、CCD探测器和光谱探测模块，组装成测量系统；光源发出的光经分束器分成反射光与透射光，分别经过参考光路与测试光路后，在分束器上干涉，干涉条纹被探测器接收，获得待测平面的表面微观形貌；在测试光路中加入分束器，将包含待测平面光谱信息的反射光学信号引入光谱探测模块，根据迈克尔逊干涉结构获得干涉图样经由PC终端傅里叶变换计算，获得待测样本的光谱信息。 7.根据权利要求6所述的测量方法，其特征在于，获得待测平面的表面微观形貌的具体步骤为：宽光谱光源经准直透镜准直成平行光后垂直入射到第一分束器上，分成透射光T1与反射光F1，反射光F1经第一显微物镜聚焦在参考平面上，再经参考平面反射后得到参考光，参考光沿光轴方向照射在第一分束器上，透射光T1经过第二分束器分成透射光T2和反射光F2，透射光F2经第二显微物镜聚焦于待测平面上，由待测平面反射得到测试光，测试光沿光轴方向照射在第一分束器上，在所述第一分束器上参考光与测试光干涉生成干涉条纹经第一聚焦透镜，被所述第一CCD探测器接收。 8.根据权利要求7所述的测量方法，其特征在于，获得样品光谱信息的具体步骤为：所述反射光F2经第三分束器，分成透射光T3与反射光F3，透射光T3经过定镜反射，反射光F3经过动镜反射，两束光在第三分束器上干涉产生干涉光，经第二聚焦透镜被第二CCD探测器接收，再经PC终端处理与记录，得到光谱图。 9.根据权利要求7所述的测量方法，其特征在于，由第一CCD探测器探测到的干涉条纹的各个像素点的光强分布I(x,y,z)为：其中，x,y表示干涉图像中每个像素点对应的坐标值，I0是干涉背景光强，a(x,y)由待测结构表面和参考镜的反射率决定，b(x,y,z)是宽光谱干涉条纹的包络函数，l为待测物体的扫描高度，h(x,y)是待测物体的表面高度值，λ0为宽光谱光源的中心波长，c(x,y)为初始相位差；然后对上述光强分布I(x,y,z)作Fourier变换，通过滤波窗口提起旁瓣信息并移动至频谱中心，在将提取的基频信息作逆Fourier变换，最后求取其绝对值，进而得到信号的包络函数，包络函数的极值点也就是零光程差位置，根据参考光路的长度得到探测点的相对高度，再通过PZT移相器移动待测平面，最终获得其平面微观形貌。 10.根据权利要求8所述的测量方法，其特征在于，由待测平面反射回的测试光经第二分束器后，反射光射入光谱探测模块，在光谱探测模块中经第三分束器分成透射光T3与反射光F3，透射光T3与反射光F3分别经动镜与定镜反射后，在第三分束器上干涉，产生的干涉条纹被第二CCD探测器接收，其干涉条纹的随光程差变化的光强为式(2)中，v为单色光频率，入射的准直光束光强随波数的光谱分布函数B(v)为：由式(3)可得，利用傅里叶变换，可将干涉图函数转换成目标源的光谱分布函数，即B(v)，从而获得其光谱信息。
所属类别：	发明专利