基于全内反射及光学相干层析的亚表面测量装置及方法

摘要

本发明公开了一种基于全内反射及光学相干层析的亚表面测量装置及方法。该装置包括依次设置的光源系统、待测台和显微分析系统，其中光源系统包括顺次设置的激光器、偏振片、诺马斯基棱镜、准直透镜、第一反射镜和第二反射镜，待测台包括直角棱镜、折射率液和待测件，显微分析系统包括高倍物镜、第三反射镜、诺马斯基干涉仪成像系统、第四反射镜、第五反射镜和光学相干层析系统，多维精密电控调整系统包括支撑台、显微系统支架、三维微位移部件、驱动电机和计算机。所述诺马斯基干涉仪显微成像系统和光学相干层析系统均置于显微系统支架上，分别进行全内反射粗定位过程和光学相干层析过程，即将两者相结合对元件检测，检测速度快、可靠性强、精度高。

主权项

一种基于全内反射及光学相干层析的亚表面测量装置，其特征在于，包括沿光路方向依次设置的光源系统、待测台和显微分析系统，该显微分析系统固定于多维精密电控调整系统，其中光源系统包括沿光路方向顺次设置的激光器(1)、偏振片(2)、诺马斯基棱镜(3)、准直透镜(4)、第一反射镜(5)和第二反射镜(6)，待测台包括直角棱镜(7)、折射率液(9)和待测件(10)，显微分析系统包括高倍物镜(11)、第三反射镜(12)、诺马斯基干涉仪成像系统(13)、第四反射镜(14)、第五反射镜(15)和光学相干层析系统(16)，多维精密电控调整系统包括支撑台(8)、显微系统支架(20)、三维微位移部件(17)、驱动电机(19)和计算机(18)；所述待测台中待测件(10)置于直角棱镜(7)的斜面上，待测件(10)的下表面和直角棱镜(7)的斜面贴合且二者之间涂有折射率液(9)；多维精密电控调整系统中的支撑台(8)位于待测件(10)的下方作为待测件(10)的支撑平台；显微系统支架(20)支撑起显微分析系统，且显微系统支架(20)固定于三维微位移部件(17)上；计算机(18)的位移控制输出端通过驱动电机(19)接入三维微位移部件(17)；显微分析系统中高倍物镜(11)上方设置能够旋转的第四反射镜(14)，第四反射镜(14)的同一水平面两侧分别设置第三反射镜(12)和第五反射镜(15)，第三反射镜(12)上方设置诺马斯基干涉仪成像系统(13)，第五反射镜(15)的上方设置光学相干层析系统(16)；诺马斯基干涉仪成像系统(13)和光学相干层析系统(16)的信号输出端均接入计算机(18)；首先进行全内反射粗定位，光源系统的激光器(1)发出的光经过偏振片(2)后变为线偏振光，线偏振光经过诺马斯基棱镜(3)后分为o光和e光两束偏振光，该两束偏振光经准直透镜(4)后转换为两束平行光，该两束平行光依次通过第一反射镜(5)和第二反射镜(6)调整角度后入射至直角棱镜(7)的一个直角面，然后通过折射率液(9)透射到待测件(10)，多维精密电控调整系统中驱动电机(19)驱动三维微位移部件(17)从而实现光束对待测件(10)的三维扫描；没有损伤时，光束将在待测件(10)上表面发生全内反射并从棱镜另一直角边射出；有损伤时，两束平行光被待测件(10)的损伤散射，使小部分光束从样品上表面出射；该载有待测件(10)损伤信息的散射光束经过高倍物镜(11)后，调整第四反射镜(14)的角度使散射光束通过第三反射镜(12)进入诺马斯基干涉仪成像系统(13)，得到包含损伤信息的干涉图像并传输到计算机(18)中进行图像处理分析，最后输出待测件(10)的损伤位置；全内反射粗定位结束后，关闭激光器(1)并开启光学相干层析系统(16)，调整第四反射镜(14)的角度使反射光通过第五反射镜(15)进入光学相干层析系统(16)，根据待测件(10)的损伤位置信息，通过三维微位移部件(17)的移动将光学相干层析系统(16)移至损伤区域进行扫描，得到随波长分布的干涉信号并输入计算机(18)中进行图像处理得到待测件(10)损伤位置的二维断层图像。