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原文传递长距离端面粗糙晶体体内缺陷测量装置和方法

专利名称：	长距离端面粗糙晶体体内缺陷测量装置和方法
摘要：	一种长距离端面粗糙晶体体内缺陷测量装置和方法，包括：1、第一准直光束2、第二准直光束3、第一可变光阑4、第二可变光阑5、第一偏振分束器6、第二偏振分束器7、待测晶体8、第一标准反射镜9、第二标准反射镜10、第一透镜11、第二透镜12、第一波前调制器13、第二波前调制器14、第一二维平移台15、第二二维平移台16、第一光斑探测器17、第二光斑探测器18、计算机，利用衍射光斑通过匹配的迭代算法就可以实现待测波前复函数的快速重建，进而对待测晶体的缺陷实现快速筛查。测量装置简单可操作性强，可应用于元件的精密检测，具有广泛的应用前景。
专利类型：	发明专利
申请人：	中国科学院上海光学精密机械研究所
发明人：	刘诚;何思源;潘兴臣;朱健强
专利状态：	有效
申请日期：	1900-01-20T13:00:00+0805
发布日期：	1900-01-20T00:00:00+0805
申请号：	CN202010031413.1
公开号：	CN111208089A
代理机构：	上海恒慧知识产权代理事务所(特殊普通合伙)
代理人：	张宁展
分类号：	G01N21/47;G02B27/28;G;G01;G02;G01N;G02B;G01N21;G02B27;G01N21/47;G02B27/28
申请人地址：	201800 上海市嘉定区清河路390号
主权项：	1.一种长距离端面粗糙晶体体内缺陷测量装置和方法，其特征在于，包括第一准直光束(1)、第二准直光束(2)、第一可变光阑(3)、第二可变光阑(4)、第一偏振分束器(5)、第二偏振分束器(6)、第一标准反射镜(8)、第二标准反射镜(9)、第一透镜(10)、第二透镜(11)、第一波前调制器(12)、第二波前调制器(13)、供第一波前调制器(12)放置的第一二维平移台(14)、供第二波前调制器(13)放置的第二二维平移台(15)、第一光斑探测器(16)、第二光斑探测器(17)和计算机(18)，且所述的第一光斑探测器(16)、第二光斑探测器(17)的输出端分别与计算机(18)相连；待测晶体(7)放置在所述的第一偏振分束器(5)和第二偏振分束器(6)之间；所述的第一标准反射镜(8)位于待测晶体(7)的端面(A)关于第一偏振分束器(5)的共轭位置，所述的第二标准反射镜(9)位于待测晶体(7)的另一端面(B)关于第二偏振分束器(6)的共轭位置；第一准直光束(1)经所述的第一可变光阑(3)入射到所述的第一偏振分束器(5)，经该第一偏振分束器(5)分为二束，一束到达待测晶体(7)一端面，经待测晶体(7)反射后，入射到第一偏振分束器(5)，经该第一偏振分束器(5)透射后依次经第一透镜(10)和第一波前调制器(12)，入射到第一光斑探测器(16)上，另一束入射到第一标准反射镜(8)，经该第一标准反射镜(8)反射后，再次入射到第一偏振分束器(5)，经该第一偏振分束器(5)反射后依次经第一透镜(10)和第一波前调制器(12)，入射到第一光斑探测器(16)上；第二准直光束(2)经所述的第二可变光阑(4)入射第二偏振分束器(6)，经该第二偏振分束器(6)分为二束，一束到达待测晶体(7)另一端面，经待测晶体(7)反射后，入射到第二偏振分束器(6)，经该第二偏振分束器(6)透射后依次经第二透镜(11)和第二波前调制器(13)，入射到第二光斑探测器(17)上，另一束入射到第二标准反射镜(9)，经该第二标准反射镜(9)反射后，再次入射到第二偏振分束器(6)，经该第二偏振分束器(6)反射后依次经第二透镜(11)和第二波前调制器(13)，入射到第二光斑探测器(17)上；所述的第一光斑探测器(16)和第二光斑探测器(17)记录衍射光斑，并传输至计算机(18)储存。 2.根据权利要求1所述的长距离端面粗糙晶体体内缺陷测量装置，其特征在于，所述的第一准直光束(1)和第二准直光束(2)为平行光，所述的第一可变光阑(3)用于调整第一准直光束(1)口径，第二可变光阑(4)用于调整第二准直光束(2)口径。 3.根据权利要求1所述的长距离端面粗糙晶体体内缺陷测量装置，其特征在于，所述的第一偏振分束器(5)将第一准直光束(1)分为两束非相干偏振光，两束光分别由第一标准反射镜(8)和待测晶体的端面(A)反射至第一偏振分束器(5)；所述的第二偏振分束器(6)将第二准直光束(2)分为两束非相干偏振光，两束光分别由第二标准反射镜(9)和待测晶体的另一端面(B)反射至第二偏振分束器(6)。 4.根据权利要求1所述的长距离端面粗糙晶体体内缺陷测量装置，其特征在于，所述的第一透镜(10)和第二透镜(11)均为会聚透镜。 5.根据权利要求1所述的长距离端面粗糙晶体体内缺陷测量装置，其特征在于，所述的第一二维平移台(14)用于调节第一波前调制器(12)的位置，使第一波前调制器(12)在垂直于光轴平面内平移，第二二维平移台(15)用于调节第二波前调制器(13)的位置，使第二波前调制器(13)在垂直于光轴平面内平移。 6.利用权利要求1-5任一所述的长距离端面粗糙晶体体内缺陷测量方法，其特征在于该方法包括以下步骤： 1)光路调整：使第一准直光束(1)穿过所述的第一可变光阑(3)并垂直照射到第一偏振分束器(8)上，调整第一偏振分束器(8)使两束出射光分别垂直于第一标准反射镜(8)和待测晶体(7)的端面(A)，调节第一标准反射镜(8)使之处于待测晶体(7)端面(A)关于第一偏振分束器(5)的共轭位置，将所述的第一波前调制器(12)放置于第一透镜(10)和第一光斑探测器(16)之间，并使所述平行光射到第一波前调制器(12)，其散射斑照射到第一光斑探测器(16)上，并通过计算机(18)记录对应光斑；同样，第二准直光束(2)穿过第二可变光阑(4)并垂直照射到第二偏振分束器(9)上，调整第二偏振分束器(9)使两束出射光分别垂直于第二标准反射镜(9)和待测晶体(7)的另一端面(B)，调节第二标准反射镜(9)使之处于待测晶体(7)左端面B关于第二偏振分束器(6)的共轭面，将所述的第二波前调制器(13)放置于第二透镜(11)和第二光斑探测器(17)之间，并使所述平行光照射到第二波前调制器(13)，其散射斑照射到第二光斑探测器(17)上，并通过计算机(18)记录对应光斑，光路调整完毕； 2)数据记录分为三步：第一步撤出待测晶体，将第一准直光束(1)和第二准直光束(2)引入光路，利用第一二维平移台(14)在垂直于光轴平面内平移第一波前调制器(13)，平移M行N列，且每次平移步长小于照明光直径，第二二维平移台(15)改变第二波前调制器(13)位置，记录无晶体时，第二准直光经过第一棱镜，第一透镜、第一调制器后利用第一探测器记录的光斑序列I0；第二步放入待测晶体，同时调整所述的第一可变光阑(3)和第二可变光阑(4)口径，使待测晶体(7)两侧端面得到完全照射，所述的第一光斑探测器(16)记录第一波前调制器(13)在不同位置处对应的衍射光斑序列I1，第二光斑探测器(17)记录第二波前调制器(13)在不同位置处对应的衍射光斑序列I2；第三步关闭第二准直光束(2)，第一准直光束(1)保持工作，通过第二二维平移台(15)改变第二波前调制器(14)位置，所述的第二光斑探测器(17)记录不同位置处对应的衍射光斑I3；所记录的四组衍射光斑分布I送所述的计算机(18)保存，完成数据记录； 3)数据处理 ①垂直于光轴平面上坐标为(x1,y1)处的第一波前调制器照明光用E0(x1,y1)表示，利用衍射光斑I0和标准PIE相位恢复技术，；重建得到E0(x1,y1)的像面分布E′0(x1,y1)； ②对于衍射光斑序列I1而言，第一波前调制器的入射光包含三个非相干照明光，分别为待测晶体左侧端面A反射引入的照明光E11(x1,y1)、第一标准反射镜引入的照明光E12(x1,y1)，第二准直光经过第二偏振分束器穿过晶体后引入的照明光E13(x1,y1)，利用多模态PIE相位恢复算法对两个照明光进行同时重建，；得到对应的复振幅分布分别为E′11(x1,y1)、E′12(x1,y1)、E′13(x1,y1)； ②由于A面和第一标准反射镜关于第一偏振分束器共轭，距离第一波前调制器距离都为L1，利用标量衍射理论，计算得到 E′11(x1,y1)E′12(x1,y1)E′13(x1,y1),在像面(u1,v1)平面内的复振幅分布表示传播距离L的过程，此时可计算得到端面A的相位深度分布为 ③将E′0(x1,y1)传播到像面(u1,v1)，得到计算得到晶体整体等效复振幅透过率T0(u1,v1)＝D13(u1,v1)/D0(u1,v1),去掉端面A引入的相位变化得到利用标量衍射理论将其传播到晶体端面B得到T为晶体等效长度； ④同理，利用光斑序列I2，计算得到端面B的相位深度为其中分别为待测晶体右侧端面B反射引入的照明光E21(x2,y2)和待测晶体右侧端面B反射引入的照明光E22(x1,y1)恢复重建后的复振幅分布E′21(x2,y2)和E′22(x2,y2)在像面(u2,v2)平面内的复振幅分布； ⑤去掉端面B的相位分布得到晶体体内引入的复振幅分布其中(u′2,v′2)和(u2,v2)为等效面，T(u2,v2)即为最终测量结果。
所属类别：	发明专利