超分辨径向偏振光瞳滤波差动共焦显微成像方法与技术

发布时间：2017-08-25 12:08

  本文关键词：超分辨径向偏振光瞳滤波差动共焦显微成像方法与技术

  更多相关文章： 三维超分辨 径向偏振 光瞳滤波 差动共焦测量 遗传优化算法

【摘要】：随着纳米加工工艺技术的不断发展,具有纳米结构的器件呈现出结构日益精细、功能日趋多样的技术特征,该技术特征要求纳米结构几何尺度的测试,不仅具有极高的空间分辨能力,而且能进行大尺度、高精度三维测量,并能适应纳米制造中一致性与批量化的迫切需求。研究具有高空间分辨力的光学检测方法和技术,已成为现代测量领域亟待研究的课题。本论文“超分辨径向偏振光瞳滤波差动共焦显微成像方法与技术”针对高空间分辨力光学检测的迫切需求,提出一种空间分辨力高并具有绝对零点的新型共焦成像方法,利用径向偏振光紧聚焦特性和光瞳滤波技术改善系统横向分辨力,利用差动共焦技术改善系统轴向分辨力,为实现高精度精密测量提供一种技术途径,可广泛应用于精密制造、测试计量和高精度成像等领域,具有重要的理论研究意义和实际应用价值。研究内容源于国家重大科学仪器设备开发专项项目“激光差动共焦扫描成像与检测仪器研发及其应用研究”(2011YQ040136)、国家自然基金仪器专款项目“超分辨差动共焦显微镜的研制”(60927012),主要创新性工作如下:建立了基于矢量衍射理论的高数值孔径透镜成像径向偏振差动共焦显微成像技术的理论模型,建立了径向偏振差动共焦显微三维超分辨相干成像理论与模型,包括三维传递函数、三维点扩展函数模型的建立,为径向偏振光瞳滤波差动共焦显微技术的研究提供了理论与技术依据;提出了基于遗传算法的光瞳滤波器分析设计模型,对光瞳滤波器相位、半径等参数进行优化设计,制作了五区二元光学元件,对其超分辨特性进行了研究,分析了光瞳滤波器在制作过程中径向误差及刻蚀深度误差对系统成像的影响;提出了一种基于径向偏振光紧聚焦的光瞳滤波超分辨差动共焦测量方法,利用差动共焦探测技术来改善系统的轴向分辨力,将径向偏振光技术与光瞳滤波技术结合来改善系统横向分辨力。通过对光瞳参数和针孔轴向偏移量的理论分析,给出了光瞳滤波器处于最佳位置时针孔最佳偏移量,为径向偏振差动共焦传感器的设计提供理论基础;基于上述方法和优化设计的光瞳滤波器,设计研制了入射激光波长λ=632.8nm的径向偏振光瞳滤波共焦显微传感器和λ=405nm径向偏振光瞳滤波差动共焦显微传感器,并对其成像性能进行了实验验证;初步实验表明:当激光光源波长λ=632.8 nm,径向偏振光瞳滤波共焦显微成像系统比同等参数条件下的共焦显微成像系统横向分辨力提高了15.25%;激光光源波长λ=405nm,在表面形貌测量过程中,径向偏振光瞳滤波差动共焦显微成像系统的横向和轴向分辨力分别达到100nm和1nm,与具有相同结构参数的共焦显微系统相比,横向和轴向分辨力分别提高39%和3.7倍,适用于精细结构及表面轮廓测量。
【关键词】：三维超分辨 径向偏振 光瞳滤波 差动共焦测量 遗传优化算法
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH742
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-13
• 第1章 绪论13-35
• 1.1 研究目的和意义13-15
• 1.2 光学超分辨研究现状及发展趋势15-20
• 1.3 超分辨共焦显微技术研究现状及发展趋势20-33
• 1.3.1 4Pi共焦显微术20-22
• 1.3.2 共焦干涉显微术22-24
• 1.3.3 差动/三差动共焦显微术24-26
• 1.3.4 双轴共焦显微术26-29
• 1.3.5 分光瞳式共焦theta显微术29-31
• 1.3.6 光瞳滤波式超分辨共焦显微术31-33
• 1.4 存在问题及发展趋势33-34
• 1.5 论文主要研究内容34-35
• 第2章 高数值孔径径向偏振共焦显微技术基础理论35-54
• 2.1 引言35
• 2.2 高数值孔径物镜的三维成像理论35-41
• 2.2.1 高数值孔径物镜成像点扩散函数35-39
• 2.2.2 高数值孔径物镜成像相干传递函数39-41
• 2.3 高数值孔径共焦显微技术的三维成像理论41-45
• 2.3.1 高数值孔径共焦显微系统的相干成像公式41
• 2.3.2 高数值孔径共焦显微技术的相干传递函数41-43
• 2.3.3 高数值孔径共焦显微技术的分辨力43-45
• 2.4 径向偏振共焦显微技术的成像理论45-53
• 2.4.1 高数值孔径径向偏振光紧聚焦原理45-51
• 2.4.2 径向偏振共焦显微成像技术的相干成像公式51
• 2.4.3 径向偏振共焦显微成像技术的分辨力51-53
• 2.5 本章小结53-54
• 第3章 超分辨径向偏振共焦光瞳滤波器优化设计54-65
• 3.1 引言54
• 3.2 光瞳滤波器理论模型的建立54-56
• 3.2.1 光瞳滤波器物理模型的建立54-55
• 3.2.2 光瞳滤波器超分辨特征参数55-56
• 3.3 光瞳滤波器优化设计56-64
• 3.3.1 遗传算法基本思想56-59
• 3.3.2 光瞳滤波器设计与特性分析59-64
• 3.4 本章小结64-65
• 第4章 径向偏振光瞳滤波共焦显微技术65-83
• 4.1 引言65
• 4.2 径向偏振光瞳滤波共焦显微成像理论65-69
• 4.2.1 径向偏振光瞳滤波共焦显微技术原理65
• 4.2.2 径向偏振共焦显微成像技术的相干成像公式65-67
• 4.2.3 径向偏振光瞳滤波共焦显微成像技术的分辨力67-69
• 4.3 径向偏振光瞳滤波共焦显微成像特性研究69-71
• 4.3.1 横向分辨特性分析69-70
• 4.3.2 轴向分辨特性分析70-71
• 4.4 光瞳滤波器制作对系统成像特性影响71-82
• 4.4.1 位相型光瞳滤波器结构71-72
• 4.4.2 光瞳参数对系统成像特性的影响分析72-79
• 4.4.3 光瞳滤波器的制作及特性分析79-82
• 4.5 本章小结82-83
• 第5章 径向偏振光瞳滤波差动共焦显微技术83-97
• 5.1 引言83
• 5.2 径向偏振光瞳滤波差动共焦显微特性研究83-93
• 5.2.1 径向偏振光瞳滤波差动共焦显微技术的原理83-85
• 5.2.2 径向偏振光瞳滤波差动共焦显微技术的响应特性85-88
• 5.2.3 点探测器最佳偏移量的确定88-93
• 5.3 基于径向偏振光瞳滤波差动共焦显微原理的传感技术特性研究93-96
• 5.3.1 杂散光及共模噪声抑制特性分析93-94
• 5.3.2 样品反射率抑制特性分析94-95
• 5.3.3 传感特性曲线的灵敏度95-96
• 5.4 本章小结96-97
• 第6章 实验验证与分析97-119
• 6.1 引言97
• 6.2 实验系统构成97-107
• 6.2.1 实验系统原理97-98
• 6.2.2 径向偏振光生成及检验装置98-104
• 6.2.3 超分辨径向偏振光瞳滤波差动/共焦传感器104-107
• 6.3 径向偏振光瞳滤波共焦显微系统性能实验107-112
• 6.3.1 径向偏振光瞳滤波共焦显微系统的横向特性实验107-111
• 6.3.2 径向偏振光瞳滤波共焦显微系统的轴向特性实验111-112
• 6.4 径向偏振光瞳滤波差动共焦显微系统性能实验112-117
• 6.4.1 径向偏振光瞳滤波差动共焦显微系统横向特性实验112-113
• 6.4.2 径向偏振光瞳滤波差动共焦显微系统轴向特性实验113-114
• 6.4.3 径向偏振光瞳滤波差动共焦显微系统性能测试114-117
• 6.4.4 样品对比实验及分析117
• 6.5 本章小结117-119
• 结论119-121
• 参考文献121-127
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单127-128
• 致谢128-129
• 作者简介129

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 侯滨可;崔继文;谭久彬;;基于激光与望远光瞳结合的星间基线指向测量方法[J];光电子.激光;2012年07期

2 马振亚;;渐晕光瞳的双椭圆近似[J];应用光学;1987年06期

3 陈新华;沈为民;;基于星点像的环形光瞳快速相位复原[J];中国激光;2014年04期

4 王霞,汪晓东,王绍民;实数编码自适应遗传算法及其在光瞳滤波器参数控制中的应用[J];兰州理工大学学报;2004年03期

5 王忠生;张学军;;空间合成孔径成像光学系统的光瞳对称性[J];光学精密工程;2011年09期

6 李德熊，，阎达远;圆形光瞳中有支臂支持圆屏遮挡的光学系统的光强度分布[J];光子学报;1994年01期

7 郭汉明,陈家璧,李湘宁,庄松林;光瞳环带相位调制法提高数字光存储密度的研究[J];上海理工大学学报;2003年04期

8 田明丽,袁书卿,翟卫青;共焦显微系统中引入圆环光瞳对成像特性的影响[J];平顶山师专学报;2003年05期

9 沈婷婷;王福亮;吴泉英;钱霖;吴峰;;Golay6结构复杂光瞳成像研究[J];光学与光电技术;2011年04期

10 丁洪萍,李庆辉,邹文艺;Toraldo光瞳滤波器对光学系统成像分辨率的影响[J];光电子·激光;2004年11期

中国重要会议论文全文数据库 前4条

1 肖繁荣;袁景和;王桂英;徐至展;;利用单轴晶体制作位相型可调节光瞳滤波器的研究[A];2003年纳米和表面科学与技术全国会议论文摘要集[C];2003年

2 云茂金;王美;;横向分辨率可调的光瞳滤波器的研究与设计[A];中国光学学会2006年学术大会论文摘要集[C];2006年

3 云茂金;王美;;横向分辨率可调的光瞳滤波器的研究与设计[A];中国光学学会2006年学术大会论文摘要集[C];2006年

4 吴泉英;沈婷婷;王福亮;钱霖;;环形光瞳成像研究[A];鲁豫赣黑苏五省光学（激光）学会2011学术年会论文摘要集[C];2011年

中国博士学位论文全文数据库 前3条

1 唐芳;超分辨径向偏振光瞳滤波差动共焦显微成像方法与技术[D];北京理工大学;2016年

2 王忠生;复杂光瞳成像计算机仿真与实验验证技术研究[D];中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）;2011年

3 韦晓孝;空间大口径环扇形光瞳成像系统研究[D];苏州大学;2013年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 朱凯午;光瞳滤波器的三维超分辨性能[D];哈尔滨工业大学;2006年

2 周国尊;利用相位型光瞳滤波器实现远场光学超分辨的研究[D];中国计量学院;2012年

3 李智峰;空间滤波技术提高光刻分辨率的研究及其仿真软件的实现[D];浙江大学;2006年

4 谢翊乐;电控可调谐超分辨光瞳滤波器的设计[D];南京航空航天大学;2009年

5 孙争;光轴光瞳精密对准技术[D];中国科学院研究生院（光电技术研究所）;2013年

6 郭勇;稀疏孔径光学系统光瞳结构的优化[D];苏州大学;2007年

7 侯斯靓;双折射光瞳滤波式差动共焦显微系统特性研究[D];哈尔滨工业大学;2012年

8 陈安;曝光光学系统性能对光刻性能影响的研究[D];中国科学院研究生院（光电技术研究所）;2013年

9 田枫;自参考干涉波前探测中光瞳形状问题研究[D];内蒙古工业大学;2014年

10 陈玲玲;电控空变偏振光瞳滤波器的设计[D];南京航空航天大学;2010年

本文编号：736744