發(fā)布時間：2017-08-25 12:08

  本文關(guān)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(shù)

  更多相關(guān)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(shù)的不斷發(fā)展,具有納米結(jié)構(gòu)的器件呈現(xiàn)出結(jié)構(gòu)日益精細、功能日趨多樣的技術(shù)特征,該技術(shù)特征要求納米結(jié)構(gòu)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(yīng)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(xué)檢測方法和技術(shù),已成為現(xiàn)代測量領(lǐng)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(shù)”針對高空間分辨力光學(xué)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(shù)改善系統(tǒng)橫向分辨力,利用差動共焦技術(shù)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(shù)途徑,可廣泛應(yīng)用于精密制造、測試計量和高精度成像等領(lǐng)域,具有重要的理論研究意義和實際應(yīng)用價值。研究內(nèi)容源于國家重大科學(xué)儀器設(shè)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(yīng)用研究”(2011YQ040136)、國家自然基金儀器�？铐椖俊俺直娌顒庸步癸@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(shù)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(shù)的研究提供了理論與技術(shù)依據(jù);提出了基于遺傳算法的光瞳濾波器分析設(shè)計模型,對光瞳濾波器相位、半徑等參數(shù)進行優(yōu)化設(shè)計,制作了五區(qū)二元光學(xué)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(shù)來改善系統(tǒng)的軸向分辨力,將徑向偏振光技術(shù)與光瞳濾波技術(shù)結(jié)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(shè)計提供理論基礎(chǔ);基于上述方法和優(yōu)化設(shè)計的光瞳濾波器,設(shè)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)及表面輪廓測量。
【關(guān)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(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)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(xué)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(shù)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢20-33
• 1.3.1 4Pi共焦顯微術(shù)20-22
• 1.3.2 共焦干涉顯微術(shù)22-24
• 1.3.3 差動/三差動共焦顯微術(shù)24-26
• 1.3.4 雙軸共焦顯微術(shù)26-29
• 1.3.5 分光瞳式共焦theta顯微術(shù)29-31
• 1.3.6 光瞳濾波式超分辨共焦顯微術(shù)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(shù)基礎(chǔ)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(shù)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(shù)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(shù)的分辨力43-45
• 2.4 徑向偏振共焦顯微技術(shù)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(shù)的相干成像公式51
• 2.4.3 徑向偏振共焦顯微成像技術(shù)的分辨力51-53
• 2.5 本章小結(jié)53-54
• 第3章 超分辨徑向偏振共焦光瞳濾波器優(yōu)化設(shè)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(shè)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(shè)計與特性分析59-64
• 3.4 本章小結(jié)64-65
• 第4章 徑向偏振光瞳濾波共焦顯微技術(shù)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(shù)原理65
• 4.2.2 徑向偏振共焦顯微成像技術(shù)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(shù)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(jié)構(gòu)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(jié)82-83
• 第5章 徑向偏振光瞳濾波差動共焦顯微技術(shù)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(shù)的原理83-85
• 5.2.2 徑向偏振光瞳濾波差動共焦顯微技術(shù)的響應(yīng)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(shù)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(jié)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(gòu)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(jié)117-119
• 結(jié)論119-121
• 參考文獻121-127
• 攻讀學(xué)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

【相似文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 侯濱可;崔繼文;譚久彬;;基于激光與望遠光瞳結(jié)合的星間基線指向測量方法[J];光電子.激光;2012年07期

2 馬振亞;;漸暈光瞳的雙橢圓近似[J];應(yīng)用光學(xué);1987年06期

3 陳新華;沈為民;;基于星點像的環(huán)形光瞳快速相位復(fù)原[J];中國激光;2014年04期

4 王霞,汪曉東,王紹民;實數(shù)編碼自適應(yīng)遺傳算法及其在光瞳濾波器參數(shù)控制中的應(yīng)用[J];蘭州理工大學(xué)學(xué)報;2004年03期

5 王忠生;張學(xué)軍;;空間合成孔徑成像光學(xué)系統(tǒng)的光瞳對稱性[J];光學(xué)精密工程;2011年09期

6 李德熊，，閻達遠;圓形光瞳中有支臂支持圓屏遮擋的光學(xué)系統(tǒng)的光強度分布[J];光子學(xué)報;1994年01期

7 郭漢明,陳家璧,李湘寧,莊松林;光瞳環(huán)帶相位調(diào)制法提高數(shù)字光存儲密度的研究[J];上海理工大學(xué)學(xué)報;2003年04期

8 田明麗,袁書卿,翟衛(wèi)青;共焦顯微系統(tǒng)中引入圓環(huán)光瞳對成像特性的影響[J];平頂山師專學(xué)報;2003年05期

9 沈婷婷;王福亮;吳泉英;錢霖;吳峰;;Golay6結(jié)構(gòu)復(fù)雜光瞳成像研究[J];光學(xué)與光電技術(shù);2011年04期

10 丁洪萍,李慶輝,鄒文藝;Toraldo光瞳濾波器對光學(xué)系統(tǒng)成像分辨率的影響[J];光電子·激光;2004年11期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前4條

1 肖繁榮;袁景和;王桂英;徐至展;;利用單軸晶體制作位相型可調(diào)節(jié)光瞳濾波器的研究[A];2003年納米和表面科學(xué)與技術(shù)全國會議論文摘要集[C];2003年

2 云茂金;王美;;橫向分辨率可調(diào)的光瞳濾波器的研究與設(shè)計[A];中國光學(xué)學(xué)會2006年學(xué)術(shù)大會論文摘要集[C];2006年

3 云茂金;王美;;橫向分辨率可調(diào)的光瞳濾波器的研究與設(shè)計[A];中國光學(xué)學(xué)會2006年學(xué)術(shù)大會論文摘要集[C];2006年

4 吳泉英;沈婷婷;王福亮;錢霖;;環(huán)形光瞳成像研究[A];魯豫贛黑蘇五省光學(xué)（激光）學(xué)會2011學(xué)術(shù)年會論文摘要集[C];2011年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 唐芳;超分辨徑向偏振光瞳濾波差動共焦顯微成像方法與技術(shù)[D];北京理工大學(xué);2016年

2 王忠生;復(fù)雜光瞳成像計算機仿真與實驗驗證技術(shù)研究[D];中國科學(xué)院研究生院（長春光學(xué)精密機械與物理研究所）;2011年

3 韋曉孝;空間大口徑環(huán)扇形光瞳成像系統(tǒng)研究[D];蘇州大學(xué);2013年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 朱凱午;光瞳濾波器的三維超分辨性能[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2006年

2 周國尊;利用相位型光瞳濾波器實現(xiàn)遠場光學(xué)超分辨的研究[D];中國計量學(xué)院;2012年

3 李智峰;空間濾波技術(shù)提高光刻分辨率的研究及其仿真軟件的實現(xiàn)[D];浙江大學(xué);2006年

4 謝翊樂;電控可調(diào)諧超分辨光瞳濾波器的設(shè)計[D];南京航空航天大學(xué);2009年

5 孫爭;光軸光瞳精密對準技術(shù)[D];中國科學(xué)院研究生院（光電技術(shù)研究所）;2013年

6 郭勇;稀疏孔徑光學(xué)系統(tǒng)光瞳結(jié)構(gòu)的優(yōu)化[D];蘇州大學(xué);2007年

7 侯斯靚;雙折射光瞳濾波式差動共焦顯微系統(tǒng)特性研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2012年

8 陳安;曝光光學(xué)系統(tǒng)性能對光刻性能影響的研究[D];中國科學(xué)院研究生院（光電技術(shù)研究所）;2013年

9 田楓;自參考干涉波前探測中光瞳形狀問題研究[D];內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué);2014年

10 陳玲玲;電控空變偏振光瞳濾波器的設(shè)計[D];南京航空航天大學(xué);2010年

本文編號：736744