專利名稱：微納光學(xué)元件光學(xué)參數(shù)測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及微納光學(xué)元件測量技術(shù)領(lǐng)域，更為具體地來說，是涉及一種用于 測量微納光學(xué)元件光學(xué)參數(shù)的裝置。
二背景技術(shù)：
微納光學(xué)元件是指體積尺寸以納米與微米計量的光學(xué)元件。隨著現(xiàn)代制作技術(shù)和 現(xiàn)代生物的快速發(fā)展，幾乎在所有的工程應(yīng)用領(lǐng)域中，無論是現(xiàn)代國防科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，還是 普通的工業(yè)領(lǐng)域，例如光纖通信、信息處理、航空航天、生物醫(yī)學(xué)、激光_機(jī)械加工和光計算 技術(shù)，微納光學(xué)元件都顯示出越來越重要的應(yīng)用價值和廣闊的應(yīng)用前景，并且是制造小型 光電子系統(tǒng)的關(guān)鍵元件，它具有體積小、質(zhì)量輕、造價低等優(yōu)點，能夠?qū)崿F(xiàn)普通光學(xué)元件難 以實現(xiàn)的微小、陣列、集成、成像和波面轉(zhuǎn)換等新功能。微納光學(xué)元件的功能實現(xiàn)取決于其 光學(xué)參數(shù)的精度。微納光學(xué)元件的光學(xué)參數(shù)，包括幾何結(jié)構(gòu)的面型參數(shù)(如光柵的周期，占 空比等)、制作微納光學(xué)元件材料的折射率、吸收參數(shù)等，因此如何高精度地測量微納光學(xué) 元光學(xué)參數(shù)，對微納光學(xué)元件的應(yīng)用具有十分重要的現(xiàn)實意義。現(xiàn)常用的測量方法可分為 兩大類一類是直接測量，另一類為間接測量。直接測量法是利用 有關(guān)的儀器，如分光計、原 子力顯微鏡(AFM)、衍射光柵和CXD等來測量微納光學(xué)元件參數(shù)，但有些儀器因其制作工藝 復(fù)雜，操作技術(shù)要求高，測量需要的時間太長，導(dǎo)致元件光學(xué)參數(shù)測量的成本增大而得不到 普遍推廣；有的存在對待測樣品的破壞性。間接測量法是借助優(yōu)化算法，利用微納光學(xué)元 件的透射或反射的物理量來反向測量出微納光學(xué)元件的有關(guān)光學(xué)參數(shù)，它具有無損傷、無 擾動、成本低等優(yōu)點。隨著優(yōu)化算法的日益完善，光學(xué)參數(shù)的間接測量方法已引起人們的重 視，現(xiàn)已開發(fā)出的間接測量方法有橢偏法、透射光譜法等，但是這些方法都是利用微納光學(xué) 元件反射或透射光單一物理量進(jìn)行光學(xué)參數(shù)測量，不能夠克服微納光學(xué)元件本身制造誤差 (如光學(xué)元件表面粗糙、對位等誤差)對測量結(jié)果的影響，不能準(zhǔn)確地測量出光學(xué)元件的光 學(xué)參數(shù)，測量精度低，甚至有的測量結(jié)果是錯誤的，就是現(xiàn)在最先進(jìn)的SEM方法，用其測量 得出的結(jié)果也僅停留在微米量級，相對于入射波長來說其精度相對較低，不能滿足實踐需 要。
三、發(fā)明內(nèi)容針對現(xiàn)有微納光學(xué)元件光學(xué)參數(shù)測量技術(shù)存在的不足，本實用新型的目的旨在提 供一種能夠克服微納光學(xué)元件本身制造誤差對測量結(jié)果的影響，可實現(xiàn)對微納光學(xué)元件光 學(xué)參數(shù)進(jìn)行高精度測量的裝置。本實用新型公開的可以實現(xiàn)上述目的的微納光學(xué)元件光學(xué)參數(shù)測量裝置，主要包 括測量光源，將光源發(fā)出的單色光予以調(diào)制的偏振片，安放待測光學(xué)元件的安放器和比較 探測器，安放器設(shè)置在使待測光學(xué)元件位于偏振片與比較探測器光路之間，所述比較探測 器主要由光敏探測接收器、I/D轉(zhuǎn)換器和計算機(jī)組成，I/D轉(zhuǎn)換器將光敏探測接收器探測接 收到的經(jīng)由光學(xué)元件反射和透射的光信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字信息，輸入計算機(jī)進(jìn)行數(shù)字信息優(yōu)化計算，得出待測光學(xué)元件優(yōu)化光學(xué)參數(shù)，構(gòu)成比較探測器的光敏探測接受器至少為兩個，設(shè) 置在能同時探測接收經(jīng)由光學(xué)元件反射和透射光信息的位置在上述微納光學(xué)元件光學(xué)參數(shù)測量裝置中，為了使測量單色光以3° ^20°的入 射角入射到待測微納光學(xué)元件上，可將安放待測光學(xué)元件的安放器、偏振片和光源三者中 至少其一設(shè)計成是可轉(zhuǎn)動的，即可將安放器、偏振片和光源三者之一設(shè)計成可轉(zhuǎn)動的，也可 將安放器、偏振片和光源三者中的二者設(shè)計成是可轉(zhuǎn)動，還可以將安放器、偏振片和光源三 者設(shè)計成都是可轉(zhuǎn)動的。最好是將安放器設(shè)計為可轉(zhuǎn)動的，而將偏振片和光源設(shè)計成都是 不可轉(zhuǎn)動的，這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計，既能實現(xiàn)測量單色光以3° -20°的入射角入射到待測微納 光學(xué)元件上，又能使測量裝置的結(jié)構(gòu)簡單。在上述技術(shù)方案中，能發(fā)出單色光的光源都可作為本發(fā)明測量微納光學(xué)元件光學(xué) 參數(shù)的光源，為了取得更好的測量效果，應(yīng)優(yōu)先選擇能發(fā)出連續(xù)光譜的激光光源作為本發(fā) 明的測量光源。測量光源進(jìn)一步優(yōu)先選擇能發(fā)出400nm-700nm波長單色光的可調(diào)連續(xù)光譜 激光光源。在上述微納光學(xué)元件光學(xué)參數(shù)測量裝置中，所述的計算機(jī)，可以是PC機(jī)，也可以 是通常使用的臺式計算機(jī)，或手提式計算機(jī)。計算機(jī)進(jìn)行數(shù)字信息優(yōu)化計算的程序，可自行 編制，也可推托他人編制。本實用新型提出的微納光學(xué)元件光學(xué)參數(shù)的測量裝置，是基于微納光學(xué)元件的對 稱物理量之間的相似性能克服微納光學(xué)元件表面諸如表面粗糙、對位等制造誤差對測量結(jié) 果影響。對稱物理量，在微納光學(xué)元件光學(xué)參數(shù)的測量中，是指測量單色光經(jīng)由待測微納光 學(xué)元件反射或透射的光場能量，所述對稱，對于二元光學(xué)元件衍射光柵而言是指對稱衍射 級次，而對于其他微納光學(xué)元件而言，是指反射和透射 場中關(guān)于同一法線具有相同角度的 出射光線。對稱物理量的特點，當(dāng)光束垂直入射時，微納光學(xué)元件正面無反射光場；測量單 色光入射角度偏離垂直入射時，微納光學(xué)元件的正面和背面會出現(xiàn)反射和透射，微納光學(xué) 元件本身存在的制造誤差，如對位誤差、粗糙誤差等對于對稱物理量的影響是相似的，因此 可用對稱物理量之比消除微納光學(xué)元件本身制造誤差帶來的影響。本實用新型所提出的微納光學(xué)元件光學(xué)參數(shù)測量裝置，是基于發(fā)明人對微納光學(xué) 元件的對稱物理量的深刻理解與認(rèn)識而完成的，能有效克服微納光學(xué)元件本身所存在的制 造誤差對測量結(jié)果的影響，彌補了傳統(tǒng)測量裝置存在的不足。測量裝置的可調(diào)光源能較為 方便地對各種材料的微納光學(xué)元件的光學(xué)參數(shù)實現(xiàn)多波長測量，待測樣件安放器能實現(xiàn)對 微納光學(xué)元件的光學(xué)參數(shù)實現(xiàn)多角度的驗證。本實用新型公開的微納光學(xué)元件光學(xué)參數(shù)的 測量裝置，由于其需測量的物理量均為光場的能量值，因此其測量簡單、數(shù)據(jù)穩(wěn)定，整個裝 置的制造成本低，機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、緊湊。本實用新型公開的微納光學(xué)元件光學(xué)參數(shù)測量裝置，由于通過測量經(jīng)由微納光學(xué) 元件反射光和透射光測量微納光學(xué)元件光學(xué)參數(shù)，有效克服了微納光學(xué)元件本身所帶誤差 對光學(xué)參數(shù)測量精度影響，因此能夠?qū)崿F(xiàn)對微納光學(xué)元件的幾何結(jié)構(gòu)的面型參數(shù)(如光柵 的周期，占空比等)、制作微納光學(xué)元件材料的折射率、吸收參數(shù)等光學(xué)參數(shù)高精度測量，測 量精度可達(dá)納米量級，較之現(xiàn)有技術(shù)最先進(jìn)的SEM方法微米量級的測量精度大大提高，為 微納光學(xué)元件光學(xué)參數(shù)的測量提供了一種更容易為人們接受推廣的測量手段。本實用新型公開的微納光學(xué)元件光學(xué)參數(shù)測量裝置，具有結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，制造加工性能好，操作簡單、測量方便、成本低、易集成的特點。
四
附圖1是本實用新型揭示的測量裝置總體結(jié)構(gòu)示意圖。附圖2為附圖1中的比較探測器的構(gòu)成結(jié)構(gòu)示意圖。上述各附圖中的圖標(biāo)號標(biāo)識對象為1測量光源；2偏振片；3安放器；4比較探測 器；5光敏探測接收器；6I/D轉(zhuǎn)換器；7計算機(jī)。
五具體實施方式
以下結(jié)合附圖圖面說明給出本實用新型的實施例，并通過實施例對本實用新型的 結(jié)構(gòu)和工作原理作進(jìn)一步的說明。有必要在這里特別說明的是，本實用新型的具體實施方 式不限于實施例中的形式，根據(jù)本實用新型公開的內(nèi)容，所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員還可以 采取其他的具體方式進(jìn)行實施，因此，實施例不能理解為是本實用新型僅可以實施的具體 實施方式。裝置實施例1本實施例的微納光學(xué)元件光學(xué)參數(shù)測量裝置的結(jié)構(gòu)如圖1和附圖2所示。由一個 可發(fā)出連續(xù)光譜單色光可調(diào)激光光源1，一個將光源發(fā)出的單色光予以調(diào)制的偏振片2、一 個安放待測微納光學(xué)元件的安放器3和比較探測器4構(gòu)成，其中較探測器又由兩個光敏探 測接受器5，一個I/D轉(zhuǎn)換器6和一臺計算機(jī)組成。安放器設(shè)置在能使待測微納光學(xué)元件位 于偏振片與比較探測器光路之間，安放待測微納光學(xué)元件的安放器是可轉(zhuǎn)動的，可使測量 單色光以3° 20°的入射角入射到待測微納光學(xué)元件上。比較探測器的兩個光敏探測接 收器分別設(shè)置在待測微納光學(xué)元件的前后，以能夠同時探測接收經(jīng)由光學(xué)元件反射和透射 的光信息，光敏探測接收器將探測接收到的光信息傳輸給I/D轉(zhuǎn)換器，將光信號轉(zhuǎn)化為數(shù) 字信息，最后輸入計算機(jī)中，由計算機(jī)進(jìn)行優(yōu)化得出待測元件的光學(xué)參數(shù)。測量實施例1本實施例的亞波長光柵光學(xué)參數(shù)的測量裝置的工作運行過程如下將待測亞波長 體積相位全息光柵安裝在待測樣件安放器3上；調(diào)節(jié)光源，讓632. Snm光通過偏振片2 ；微 調(diào)待測樣件安放器3，使測量單色光分別以3°、5°、10°、15°和20°入射在待測光柵上； 然后開啟電腦，接收比較探測器4檢測到得信息，待測量數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，關(guān)閉光源；最后由計 算機(jī)輸出亞波長光柵的光學(xué)參數(shù)。這里測量的是體積相位全息光柵的主折射率IV調(diào)制折 射率的最大振幅Ii1及折射率調(diào)制層的厚度H，其測量的結(jié)果與真實值可見下表，從表可以看 出，測量結(jié)果與真實值非常的靠近。(η” η。，H)測量值 (0. 079，1. 449，19. 8 μ m)(n1; n。，H)真實值 (0. 080,1. 51, 20. 01 μ m)測量實施例2本實施例的亞波長光柵光學(xué)參數(shù)的測量裝置的工作運行過程如下將待測亞波長 正弦浮雕光柵安裝在待測樣件安放器3上；調(diào)節(jié)光源，讓632. 8nm、630. 8nm、628. 8nm單色光 通過偏振片2 ；微調(diào)待測樣件安放器3，使測量單色光得入射光以15°入射在待測光柵上； 然后開啟電腦，接收比較探測器4檢測到得信息，待測量數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，關(guān)閉光源；最后由計算機(jī)輸出亞波長光柵的光學(xué)參數(shù)。我們這里測量的是正弦浮雕光柵的材料折射率 、正弦 浮雕光柵的表面浮雕深度h及空間調(diào)制周期T，其測量的結(jié)果與真實值可見下表，從表可以 看出，測量結(jié)果與真實值非常的靠近。(nQ，h，T)測量值 (1·53，0·81μπι，0·76μπι)(n。，h，T)真實值 (1. 51,0. 80ym,0. 73 μ m)
權(quán)利要求一種微納光學(xué)元件光學(xué)參數(shù)測量裝置，其特征在于主要包括測量光源，將光源發(fā)出的單色光予以調(diào)制的偏振片，安放待測光學(xué)元件的安放器和比較探測器，安放器設(shè)置在使待測光學(xué)元件位于偏振片與比較探測器光路之間，所述比較探測器主要由光敏探測接收器、I/D轉(zhuǎn)換器和計算機(jī)組成，I/D轉(zhuǎn)換器將光敏探測接收器探測接收到的經(jīng)由光學(xué)元件反射和透射的光信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字信息，輸入計算機(jī)進(jìn)行數(shù)字信息優(yōu)化計算，得出待測光學(xué)元件優(yōu)化光學(xué)參數(shù)，構(gòu)成比較探測器的光敏探測接受器至少為兩個，設(shè)置在能同時探測接收經(jīng)由光學(xué)元件反射和透射光信息的位置
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微納光學(xué)元件光學(xué)參數(shù)測量裝置，其特征在于安放待測光學(xué) 元件的安放器、偏振片和光源三者中至少其一是可轉(zhuǎn)動的，以使測量單色光以3° 20° 的入射角入射到微納光學(xué)元件上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的微納光學(xué)元件光學(xué)參數(shù)測量裝置，其特征在于安放待測光學(xué) 元件的安放器為轉(zhuǎn)動的，偏振片和光源是不轉(zhuǎn)動的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的微納光學(xué)元件光學(xué)參數(shù)測量裝置，其特征在于測量 光源為能發(fā)出連續(xù)光譜單色光的激光光源。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的微納光學(xué)元件光學(xué)參數(shù)測量裝置，其特征在于測量 光源為能發(fā)出400nm 700nm波長單色光的可調(diào)連續(xù)光譜激光光源。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的微納光學(xué)元件光學(xué)參數(shù)測量裝置，其特征在于測量光源為能 發(fā)出400nm 700nm波長單色光的可調(diào)連續(xù)光譜激光光源。
專利摘要本實用新型公開了一種微納光學(xué)元件光學(xué)參數(shù)測量裝置，主要包括測量光源，將光源發(fā)出的單色光予以調(diào)制的偏振片，安放待測光學(xué)元件的安放器和比較探測器，安放器設(shè)置在使待測光學(xué)元件位于偏振片與比較探測器光路之間，所述比較探測器主要由光敏探測接收器、I/D轉(zhuǎn)換器和計算機(jī)組成，I/D轉(zhuǎn)換器將光敏探測接收器探測接收到的經(jīng)由光學(xué)元件反射和透射的光信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字信息，輸入計算機(jī)進(jìn)行數(shù)字信息優(yōu)化計算，得出待測光學(xué)元件優(yōu)化光學(xué)參數(shù)。本實用新型能夠克服微納光學(xué)元件本身制造誤差對測量精度的影響，可實現(xiàn)對微納光學(xué)元件光學(xué)參數(shù)高精度測量。
文檔編號G01M11/02GK201594033SQ20102010467
公開日2010年9月29日 申請日期2010年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月1日
發(fā)明者李建龍, 董春美 申請人:四川大學(xué)