双折射光瞳滤波式差动共焦显微系统特性研究

摘要

在显微测量领域,对微观物体形貌及结构的准确检测逐渐成为现代科技的关注点之一。同时伴随着半导体技术、生命医学技术和量子技术的迅速发展,对超精密加工和微结构检测的需求越来越多,寻找一种能够简化系统的复杂结构,并且具有高效率、高分辨力特性的测量途径已经成为当前亟待解决的问题之一。本课题“双折射光瞳滤波式差动共焦显微系统特性研究”的研究目的是解决共焦显微测量的三维高分辨力的问题。在研究共焦显微测量原理和双折射滤波理论的基础上，将二者结合,并且将差动共焦引入到双折射光瞳滤波式共焦系统中,实现三维高分辨率光学测量,从而解决现代共焦显微技术发展中亟待解决的关键问题。研究成果可以推广应用于生物工程、微电子、超精密光学加工等领域实现高空间分辨力检测与成像。
　　本文首先开展双折射光瞳滤波方法研究,获得一种出射光的超分辨特性可以受到连续调制的滤波器,对该滤波器的横向分辨特性进行优化设计并制作双折射光瞳滤波器,该滤波器不仅具备可随自身参数改变轴向和横向分辨特性的特点,同时具有结构简单,制作过程中不涉及相位的改变,易于批量制造、成本低的优点,为提高共焦显微测量的分辨特性提供了一种可行的方法。其次,为寻求空间超分辨特性的共焦测量方法,将双折射光瞳滤波技术与差动共焦测量系统相结合,获得一种兼顾横向和轴向三维高分辨力特性的共焦显微测量原理。然后,研究双折射光瞳滤波式共焦显微传感技术与双折射光瞳滤波式差动共焦显微成像方法的特性,进一步在两种系统中优化滤波器参数,结果显示,优化的双折射光瞳滤波器与共焦显微传感技术相结合后使共焦系统的横向半高宽压缩了18％。最后,构建光瞳滤波式共焦显微系统实验装置,验证其理论特性,实验结果表明,在NA=0.65,λ=632.8nm条件下,该系统的轴向分辨力达到3nm,其横向线宽测量结果比标准光栅标定的宽度大0.077μm,相对误差为5.133%,与未放置滤波器的共焦系统相比,误差减小了0.107μm,相对误差减小了7.134%;同时构建三维超分辨差动共焦显微测量系统实验装置,对其理论特性进行实验验证和分析,实验结果显示,在NA=0.65,λ=632.8nm条件下,系统的轴向分辨力达到2nm,与标准光栅的标定宽度相比,其横向线宽测量结果比标准光栅标定的宽度小0.083μm,相对误差为6.100%,与未放置滤波器的共焦系统相比,误差减小了0.058μm,相对误差误差减小了1.933%。

目录

双折射光瞳滤波式

差动共焦显微系统特性研究

双折射光瞳滤波式

差动共焦显微系统特性研究

摘 要

Abstract

第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 光瞳滤波式共焦显微测量技术的国内外研究现状

1.3 双折射光瞳滤波技术的国内外研究现状

1.4 课题来源及主要研究内容

第2章 双折射光瞳滤波器的设计

2.1 引言

2.2 光瞳滤波器的超分辨性能分析

2.3 双折射光瞳滤波器的设计

2.4 双折射光瞳滤波器的制作

2.5 双折射滤波器的改进

2.6 本章小结

第3章 双折射光瞳滤波式共焦显微成像系统的超分辨特性分析

3.1 引言

3.2 共焦显微成像理论及特性分析

3.3 双折射光瞳滤波式共焦系统的成像理论

3.4 双折射光瞳滤波式共焦系统的响应特性分析

3.5 本章小结

第4章 双折射光瞳滤波式三维差动共焦成像

4.1 引言

4.2 差动共焦的成像理论及特性分析

4.3 双折射光瞳滤波式差动共焦系统的响应特性研究

4.4 本章小结

第5章 实验系统与实验结果分析

5.1 引言

5.2 双折射光瞳滤波式共焦显微系统实验研究

5.2.1 双折射光瞳滤波式共焦显微实验系统组成

5.2.2 系统横向响应特性实验及分析

5.2.3 系统轴向响应特性实验及分析

5.3 双折射光瞳滤波式三维差动共焦显微测量系统实验研究

5.4 本章小结

结 论

参考文献

附 录

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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致 谢