本文關鍵詞：超分辨徑向偏振光瞳濾波差動共焦顯微成像方法與技術

  更多相關文章： 三維超分辨 徑向偏振 光瞳濾波 差動共焦測量 遺傳優(yōu)化算法

【摘要】：隨著納米加工工藝技術的不斷發(fā)展,具有納米結構的器件呈現(xiàn)出結構日益精細、功能日趨多樣的技術特征,該技術特征要求納米結構幾何尺度的測試,不僅具有極高的空間分辨能力,而且能進行大尺度、高精度三維測量,并能適應納米制造中一致性與批量化的迫切需求。研究具有高空間分辨力的光學檢測方法和技術,已成為現(xiàn)代測量領域亟待研究的課題。本論文“超分辨徑向偏振光瞳濾波差動共焦顯微成像方法與技術”針對高空間分辨力光學檢測的迫切需求,提出一種空間分辨力高并具有絕對零點的新型共焦成像方法,利用徑向偏振光緊聚焦特性和光瞳濾波技術改善系統(tǒng)橫向分辨力,利用差動共焦技術改善系統(tǒng)軸向分辨力,為實現(xiàn)高精度精密測量提供一種技術途徑,可廣泛應用于精密制造、測試計量和高精度成像等領域,具有重要的理論研究意義和實際應用價值。研究內(nèi)容源于國家重大科學儀器設備開發(fā)專項項目“激光差動共焦掃描成像與檢測儀器研發(fā)及其應用研究”(2011YQ040136)、國家自然基金儀器專款項目“超分辨差動共焦顯微鏡的研制”(60927012),主要創(chuàng)新性工作如下:建立了基于矢量衍射理論的高數(shù)值孔徑透鏡成像徑向偏振差動共焦顯微成像技術的理論模型,建立了徑向偏振差動共焦顯微三維超分辨相干成像理論與模型,包括三維傳遞函數(shù)、三維點擴展函數(shù)模型的建立,為徑向偏振光瞳濾波差動共焦顯微技術的研究提供了理論與技術依據(jù);提出了基于遺傳算法的光瞳濾波器分析設計模型,對光瞳濾波器相位、半徑等參數(shù)進行優(yōu)化設計,制作了五區(qū)二元光學元件,對其超分辨特性進行了研究,分析了光瞳濾波器在制作過程中徑向誤差及刻蝕深度誤差對系統(tǒng)成像的影響;提出了一種基于徑向偏振光緊聚焦的光瞳濾波超分辨差動共焦測量方法,利用差動共焦探測技術來改善系統(tǒng)的軸向分辨力,將徑向偏振光技術與光瞳濾波技術結合來改善系統(tǒng)橫向分辨力。通過對光瞳參數(shù)和針孔軸向偏移量的理論分析,給出了光瞳濾波器處于最佳位置時針孔最佳偏移量,為徑向偏振差動共焦傳感器的設計提供理論基礎;基于上述方法和優(yōu)化設計的光瞳濾波器,設計研制了入射激光波長λ=632.8nm的徑向偏振光瞳濾波共焦顯微傳感器和λ=405nm徑向偏振光瞳濾波差動共焦顯微傳感器,并對其成像性能進行了實驗驗證;初步實驗表明:當激光光源波長λ=632.8 nm,徑向偏振光瞳濾波共焦顯微成像系統(tǒng)比同等參數(shù)條件下的共焦顯微成像系統(tǒng)橫向分辨力提高了15.25%;激光光源波長λ=405nm,在表面形貌測量過程中,徑向偏振光瞳濾波差動共焦顯微成像系統(tǒng)的橫向和軸向分辨力分別達到100nm和1nm,與具有相同結構參數(shù)的共焦顯微系統(tǒng)相比,橫向和軸向分辨力分別提高39%和3.7倍,適用于精細結構及表面輪廓測量。
【關鍵詞】：三維超分辨 徑向偏振 光瞳濾波 差動共焦測量 遺傳優(yōu)化算法
【學位授予單位】：北京理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TH742
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-13
• 第1章 緒論13-35
• 1.1 研究目的和意義13-15
• 1.2 光學超分辨研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢15-20
• 1.3 超分辨共焦顯微技術研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢20-33
• 1.3.1 4Pi共焦顯微術20-22
• 1.3.2 共焦干涉顯微術22-24
• 1.3.3 差動/三差動共焦顯微術24-26
• 1.3.4 雙軸共焦顯微術26-29
• 1.3.5 分光瞳式共焦theta顯微術29-31
• 1.3.6 光瞳濾波式超分辨共焦顯微術31-33
• 1.4 存在問題及發(fā)展趨勢33-34
• 1.5 論文主要研究內(nèi)容34-35
• 第2章 高數(shù)值孔徑徑向偏振共焦顯微技術基礎理論35-54
• 2.1 引言35
• 2.2 高數(shù)值孔徑物鏡的三維成像理論35-41
• 2.2.1 高數(shù)值孔徑物鏡成像點擴散函數(shù)35-39
• 2.2.2 高數(shù)值孔徑物鏡成像相干傳遞函數(shù)39-41
• 2.3 高數(shù)值孔徑共焦顯微技術的三維成像理論41-45
• 2.3.1 高數(shù)值孔徑共焦顯微系統(tǒng)的相干成像公式41
• 2.3.2 高數(shù)值孔徑共焦顯微技術的相干傳遞函數(shù)41-43
• 2.3.3 高數(shù)值孔徑共焦顯微技術的分辨力43-45
• 2.4 徑向偏振共焦顯微技術的成像理論45-53
• 2.4.1 高數(shù)值孔徑徑向偏振光緊聚焦原理45-51
• 2.4.2 徑向偏振共焦顯微成像技術的相干成像公式51
• 2.4.3 徑向偏振共焦顯微成像技術的分辨力51-53
• 2.5 本章小結53-54
• 第3章 超分辨徑向偏振共焦光瞳濾波器優(yōu)化設計54-65
• 3.1 引言54
• 3.2 光瞳濾波器理論模型的建立54-56
• 3.2.1 光瞳濾波器物理模型的建立54-55
• 3.2.2 光瞳濾波器超分辨特征參數(shù)55-56
• 3.3 光瞳濾波器優(yōu)化設計56-64
• 3.3.1 遺傳算法基本思想56-59
• 3.3.2 光瞳濾波器設計與特性分析59-64
• 3.4 本章小結64-65
• 第4章 徑向偏振光瞳濾波共焦顯微技術65-83
• 4.1 引言65
• 4.2 徑向偏振光瞳濾波共焦顯微成像理論65-69
• 4.2.1 徑向偏振光瞳濾波共焦顯微技術原理65
• 4.2.2 徑向偏振共焦顯微成像技術的相干成像公式65-67
• 4.2.3 徑向偏振光瞳濾波共焦顯微成像技術的分辨力67-69
• 4.3 徑向偏振光瞳濾波共焦顯微成像特性研究69-71
• 4.3.1 橫向分辨特性分析69-70
• 4.3.2 軸向分辨特性分析70-71
• 4.4 光瞳濾波器制作對系統(tǒng)成像特性影響71-82
• 4.4.1 位相型光瞳濾波器結構71-72
• 4.4.2 光瞳參數(shù)對系統(tǒng)成像特性的影響分析72-79
• 4.4.3 光瞳濾波器的制作及特性分析79-82
• 4.5 本章小結82-83
• 第5章 徑向偏振光瞳濾波差動共焦顯微技術83-97
• 5.1 引言83
• 5.2 徑向偏振光瞳濾波差動共焦顯微特性研究83-93
• 5.2.1 徑向偏振光瞳濾波差動共焦顯微技術的原理83-85
• 5.2.2 徑向偏振光瞳濾波差動共焦顯微技術的響應特性85-88
• 5.2.3 點探測器最佳偏移量的確定88-93
• 5.3 基于徑向偏振光瞳濾波差動共焦顯微原理的傳感技術特性研究93-96
• 5.3.1 雜散光及共模噪聲抑制特性分析93-94
• 5.3.2 樣品反射率抑制特性分析94-95
• 5.3.3 傳感特性曲線的靈敏度95-96
• 5.4 本章小結96-97
• 第6章 實驗驗證與分析97-119
• 6.1 引言97
• 6.2 實驗系統(tǒng)構成97-107
• 6.2.1 實驗系統(tǒng)原理97-98
• 6.2.2 徑向偏振光生成及檢驗裝置98-104
• 6.2.3 超分辨徑向偏振光瞳濾波差動/共焦傳感器104-107
• 6.3 徑向偏振光瞳濾波共焦顯微系統(tǒng)性能實驗107-112
• 6.3.1 徑向偏振光瞳濾波共焦顯微系統(tǒng)的橫向特性實驗107-111
• 6.3.2 徑向偏振光瞳濾波共焦顯微系統(tǒng)的軸向特性實驗111-112
• 6.4 徑向偏振光瞳濾波差動共焦顯微系統(tǒng)性能實驗112-117
• 6.4.1 徑向偏振光瞳濾波差動共焦顯微系統(tǒng)橫向特性實驗112-113
• 6.4.2 徑向偏振光瞳濾波差動共焦顯微系統(tǒng)軸向特性實驗113-114
• 6.4.3 徑向偏振光瞳濾波差動共焦顯微系統(tǒng)性能測試114-117
• 6.4.4 樣品對比實驗及分析117
• 6.5 本章小結117-119
• 結論119-121
• 參考文獻121-127
• 攻讀學位期間發(fā)表論文與研究成果清單127-128
• 致謝128-129
• 作者簡介129

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