本發(fā)明涉及一種基于金屬銀增強熒光的自由曲面測量裝置及其測量方法，屬于光學精密測量技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在使用大口徑自由曲面樣品測量裝置時，利用物理氣相沉積技術(shù)，在樣品表面沉積一層弱附著的納米級厚度熒光介質(zhì)，構(gòu)建了一個各向同性熒光散射表面，而后收集樣品表面薄膜激發(fā)出的熒光得到軸向包絡(luò)曲線，通過圖像處理即可得到樣品表面形貌。
但由于在其計算掃描點的z軸高度時，由于膜厚度的原因會引入一個共焦軸向響應峰值位置偏移。實際情況下，由于樣品表面的熒光中介層的不均勻，這就引入了由于膜厚度不均勻引入的面形高度誤差。
現(xiàn)有技術(shù)中給出了受厚度影響的軸向響應公式對上述誤差進行測量，軸向響應公式為：其中tf表示熒光物質(zhì)厚度，It為無限薄熒光中介層的共焦軸向響應。分析可知，當z＝tf/2時，IT(z)取得最大值，因為IT(z)為偶函數(shù)。這表明軸向的響應峰值處于膜厚度的1/2處?？梢?，由于熒光膜厚度不均勻產(chǎn)生的高度測量誤差為厚度不一致性的1/2。即大小為(H-h)/2，其中H為中介層最大厚度，h為中介層最小厚度。
由此可見，現(xiàn)有技術(shù)中面形高度誤差比較大。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明目的是為了解決由于樣品表面的熒光中介層的不均勻，導致面形高度誤差大的問題，提供了一種基于金屬銀增強熒光的自由曲面測量裝置及其測量方法。
本發(fā)明所述基于金屬銀增強熒光的自由曲面測量裝置，該測量裝置包括照明模塊、探測模塊和樣品模塊；照明模塊按照照明光的傳播方向依次為：激光器、準直鏡、光闌、偏振分光棱鏡、掃描振鏡和掃描透鏡；探測模塊按照信號光傳播方向依次為：掃描透鏡、掃描振鏡、偏振分光棱鏡、濾光片、收集透鏡、針孔和光電探測器；樣品模塊包括待測樣品和用于放置待測樣品的三維微位載物臺；所述待測樣品表面鍍有金屬熒光薄膜；
激光器發(fā)出激光光束，激光光束經(jīng)過準直鏡和光闌后形成平行光，平行光依次經(jīng)過偏振分光棱鏡、掃描振鏡和掃描透鏡，透射的光在待測樣品上形成聚焦光斑，聚焦光斑激發(fā)待測樣品表面的金屬熒光薄膜發(fā)出熒光；待測樣品表面的金屬熒光薄膜激發(fā)出的熒光依次經(jīng)過掃描透鏡、掃描振鏡、偏振分光棱鏡、濾光片、收集透鏡和針孔后，被光電探測器收集。
本發(fā)明所述基于金屬銀增強熒光的自由曲面測量裝置的測量方法，該測量方法的具體過程為：
步驟1、在待測樣品表面鍍上一層厚度小于40nm的金屬熒光薄膜；
步驟2、激光器發(fā)出激光光束，激光光束經(jīng)過準直鏡和光闌后形成平行光，平行光依次經(jīng)過偏振分光棱鏡、掃描振鏡和掃描透鏡，透射的光在待測樣品上形成聚焦光斑，聚焦光斑激發(fā)待測樣品表面的金屬熒光薄膜發(fā)出熒光；
步驟3、待測樣品表面的金屬熒光薄膜激發(fā)出的熒光依次經(jīng)過掃描透鏡、掃描振鏡、偏振分光棱鏡、濾光片、收集透鏡和針孔后，被光電探測器收集；
步驟4、待測樣品表面的金屬熒光薄膜激發(fā)出的熒光被光電探測器收集后，通過軸向響應曲線頂點位置確定待測樣品的表面位置；
步驟5、三維微位載物臺帶動待測樣品在三維方向上移動，形成三維掃描成像；
步驟6、將待測樣品浸入有機溶劑中，清洗表面的金屬熒光薄膜，恢復成原有狀態(tài)。
本發(fā)明的優(yōu)點：本發(fā)明提出的基于金屬銀增強熒光的自由曲面測量裝置及其測量方法，能夠全貌測量大口徑自由曲面物體表面形貌，同現(xiàn)有技術(shù)相比，使用金屬銀增強的熒光膜代替?zhèn)鹘y(tǒng)有機熒光薄膜，其熒光發(fā)光效率高，膜厚度小，不損傷樣品本身，面型高度誤差極小，并且可以提高測量效率，同時還可以降低測量成本。由于無需接觸樣品表面，因此可以避免對樣品表面產(chǎn)生損傷；由于光路簡單，因此又降低了成本。
附圖說明
圖1是本發(fā)明所述基于金屬銀增強熒光的自由曲面測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
具體實施方式一：下面結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式所述基于金屬銀增強熒光的自由曲面測量裝置，該測量裝置包括照明模塊、探測模塊和樣品模塊；
照明模塊按照照明光的傳播方向依次為：激光器1、準直鏡2、光闌3、偏振分光棱鏡4、掃描振鏡5和掃描透鏡6；
探測模塊按照信號光傳播方向依次為：掃描透鏡6、掃描振鏡5、偏振分光棱鏡4、濾光片9、收集透鏡10、針孔11和光電探測器12；
樣品模塊包括待測樣品7和用于放置待測樣品7的三維微位載物臺8；
所述待測樣品7表面鍍有金屬熒光薄膜；
激光器1發(fā)出激光光束，激光光束經(jīng)過準直鏡2和光闌3后形成平行光，平行光依次經(jīng)過偏振分光棱鏡4、掃描振鏡5和掃描透鏡6，透射的光在待測樣品7上形成聚焦光斑，聚焦光斑激發(fā)待測樣品7表面的金屬熒光薄膜發(fā)出熒光；待測樣品7表面的金屬熒光薄膜激發(fā)出的熒光依次經(jīng)過掃描透鏡6、掃描振鏡5、偏振分光棱鏡4、濾光片9、收集透鏡10和針孔11后，被光電探測器12收集。
具體實施方式二：下面結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式對實施方式一作進一步說明，掃描透鏡6作為照明和成像鏡頭，具有50mm×50mm視場。
具體實施方式三：下面結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式對實施方式一作進一步說明，激光器1發(fā)射的激光光束的波長為532nm，照明光經(jīng)過掃描透鏡6后光功率小于1w。
具體實施方式四：下面結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式對實施方式一作進一步說明，待測樣品7表面鍍的金屬熒光薄膜為摻入納米銀顆粒的熒光薄膜。
本實施方式中，由熒光薄膜的不一致性引起的面形高度測量誤差降低到20nm以下。
具體實施方式五：下面結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式對實施方式一或?qū)嵤┓绞剿淖鬟M一步說明，待測樣品7表面鍍的金屬熒光薄膜的厚度小于40nm。
具體實施方式六：下面結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式對實施方式五作進一步說明，所述待測樣品7的金屬銀增強中介層的發(fā)光效率是有機中介層的5倍。
本實施方式中，所述有機中介層是指傳統(tǒng)的有機中介層。
具體實施方式七：下面結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式所述基于金屬銀增強熒光的自由曲面測量裝置的測量方法，該測量方法的具體過程為：
步驟1、在待測樣品7表面鍍上一層厚度小于40nm的金屬熒光薄膜；
步驟2、激光器1發(fā)出激光光束，激光光束經(jīng)過準直鏡2和光闌3后形成平行光，平行光依次經(jīng)過偏振分光棱鏡4、掃描振鏡5和掃描透鏡6，透射的光在待測樣品7上形成聚焦光斑，聚焦光斑激發(fā)待測樣品7表面的金屬熒光薄膜發(fā)出熒光；
步驟3、待測樣品7表面的金屬熒光薄膜激發(fā)出的熒光依次經(jīng)過掃描透鏡6、掃描振鏡5、偏振分光棱鏡4、濾光片9、收集透鏡10和針孔11后，被光電探測器12收集；
步驟4、待測樣品7表面的金屬熒光薄膜激發(fā)出的熒光被光電探測器12收集后，通過軸向響應曲線頂點位置確定待測樣品7的表面位置；
步驟5、三維微位載物臺8帶動待測樣品7在三維方向上移動，形成三維掃描成像；
步驟6、將待測樣品7浸入有機溶劑中，清洗表面的金屬熒光薄膜，恢復成原有狀態(tài)。
具體實施方式八：下面結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式對實施方式七作進一步說明，步驟1所述在待測樣品7表面鍍上一層厚度小于40nm的金屬熒光薄膜的具體過程為：
步驟a、將75mL雙氧水緩慢滴加到在冰水浴中的175mL濃硫酸中，緩慢攪拌均勻，將待測樣品7浸入，加熱煮沸30min，取出待測樣品7后用去離子水清洗，并用氮氣吹干；
步驟b、將70mL氨水和70mL雙氧水緩慢加入到350mL去離子水中，攪拌均勻，將步驟a獲得的待測樣品7浸入，80℃加熱25min，取出待測樣品7后用去離子水清洗，并用氮氣吹干；
步驟c、稱量100mg聚乙烯亞胺、0.16mg納米銀、12mg羅丹明B和292.2mg氯化鈉，溶解于50mL去離子水中，攪拌均勻形成溶液A；
步驟d、稱量100mg聚乙烯亞胺、12mg羅丹明B和292.2mg氯化鈉，溶解于50mL去離子水中，攪拌均勻形成溶液B；
步驟e、稱量250mg聚苯乙烯磺酸鈉和292.2mg氯化鈉，溶解于50mL去離子水中，攪拌均勻形成溶液C；
步驟f、稱量250mg聚苯乙烯磺酸鈉，溶解于50mL去離子水中，攪拌均勻形成溶液D；
步驟g、將步驟b獲得的待測樣品7浸入溶液A中，靜置15min，然后取出，浸入去離子水中，靜置2min，取出；
步驟h、將步驟g獲得的待測樣品7浸入溶液C中，靜置15min，然后取出，浸入去離子水中，靜置2min，取出；
步驟i、將步驟h獲得的待測樣品7浸入溶液B中，靜置15min，然后取出，浸入去離子水中，靜置2min，取出；
步驟j、將獲得的待測樣品7浸入溶液A中，靜置15min，然后取出，浸入去離子水中，靜置2min，取出；然后將獲得的待測樣品7浸入溶液C中，靜置15min，然后取出，浸入去離子水中，靜置2min，取出；重復10次；
步驟k、將步驟j獲得的待測樣品7浸入溶液B中，靜置15min，然后取出，浸入去離子水中，靜置2min，取出，用氮氣吹干。
本實施方式中，待測樣品7表面鍍的金屬熒光薄膜的厚度的高度誤差小于20nm。
具體實施方式九：下面結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式對實施方式七作進一步說明，步驟6所述有機溶劑包括水、酒精和丙酮。