本發(fā)明涉及一種基于金屬銀增強(qiáng)熒光的自由曲面測(cè)量裝置及其測(cè)量方法，屬于光學(xué)精密測(cè)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(cè)量裝置時(shí)，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(jí)厚度熒光介質(zhì)，構(gòu)建了一個(gè)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(jì)算掃描點(diǎn)的z軸高度時(shí)，由于膜厚度的原因會(huì)引入一個(gè)共焦軸向響應(yīng)峰值位置偏移。實(shí)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(yīng)公式對(duì)上述誤差進(jìn)行測(cè)量，軸向響應(yīng)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(yīng)。分析可知，當(dāng)z＝tf/2時(shí)，IT(z)取得最大值，因?yàn)镮T(z)為偶函數(shù)。這表明軸向的響應(yīng)峰值處于膜厚度的1/2處。可見，由于熒光膜厚度不均勻產(chǎn)生的高度測(cè)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(shí)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(dǎo)致面形高度誤差大的問題，提供了一種基于金屬銀增強(qiáng)熒光的自由曲面測(cè)量裝置及其測(cè)量方法。
本發(fā)明所述基于金屬銀增強(qiáng)熒光的自由曲面測(cè)量裝置，該測(cè)量裝置包括照明模塊、探測(cè)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(zhǔn)直鏡、光闌、偏振分光棱鏡、掃描振鏡和掃描透鏡；探測(cè)模塊按照信號(hào)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(cè)器；樣品模塊包括待測(cè)樣品和用于放置待測(cè)樣品的三維微位載物臺(tái)；所述待測(cè)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(zhǔn)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(cè)樣品上形成聚焦光斑，聚焦光斑激發(fā)待測(cè)樣品表面的金屬熒光薄膜發(fā)出熒光；待測(cè)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(cè)器收集。
本發(fā)明所述基于金屬銀增強(qiáng)熒光的自由曲面測(cè)量裝置的測(cè)量方法，該測(cè)量方法的具體過程為：
步驟1、在待測(cè)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(zhǔn)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(cè)樣品上形成聚焦光斑，聚焦光斑激發(fā)待測(cè)樣品表面的金屬熒光薄膜發(fā)出熒光；
步驟3、待測(cè)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(cè)器收集；
步驟4、待測(cè)樣品表面的金屬熒光薄膜激發(fā)出的熒光被光電探測(cè)器收集后，通過軸向響應(yīng)曲線頂點(diǎn)位置確定待測(cè)樣品的表面位置；
步驟5、三維微位載物臺(tái)帶動(dòng)待測(cè)樣品在三維方向上移動(dòng)，形成三維掃描成像；
步驟6、將待測(cè)樣品浸入有機(jī)溶劑中，清洗表面的金屬熒光薄膜，恢復(fù)成原有狀態(tài)。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：本發(fā)明提出的基于金屬銀增強(qiáng)熒光的自由曲面測(cè)量裝置及其測(cè)量方法，能夠全貌測(cè)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(qiáng)的熒光膜代替?zhèn)鹘y(tǒng)有機(jī)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(cè)量效率，同時(shí)還可以降低測(cè)量成本。由于無需接觸樣品表面，因此可以避免對(duì)樣品表面產(chǎn)生損傷；由于光路簡(jiǎn)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(qiáng)熒光的自由曲面測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
具體實(shí)施方式一：下面結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述基于金屬銀增強(qiáng)熒光的自由曲面測(cè)量裝置，該測(cè)量裝置包括照明模塊、探測(cè)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(zhǔn)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(cè)模塊按照信號(hào)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(cè)器12；
樣品模塊包括待測(cè)樣品7和用于放置待測(cè)樣品7的三維微位載物臺(tái)8；
所述待測(cè)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(zhǔn)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(cè)樣品7上形成聚焦光斑，聚焦光斑激發(fā)待測(cè)樣品7表面的金屬熒光薄膜發(fā)出熒光；待測(cè)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(cè)器12收集。
具體實(shí)施方式二：下面結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式對(duì)實(shí)施方式一作進(jìn)一步說明，掃描透鏡6作為照明和成像鏡頭，具有50mm×50mm視場(chǎng)。
具體實(shí)施方式三：下面結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式對(duì)實(shí)施方式一作進(jìn)一步說明，激光器1發(fā)射的激光光束的波長(zhǎng)為532nm，照明光經(jīng)過掃描透鏡6后光功率小于1w。
具體實(shí)施方式四：下面結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式對(duì)實(shí)施方式一作進(jìn)一步說明，待測(cè)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(shí)施方式中，由熒光薄膜的不一致性引起的面形高度測(cè)量誤差降低到20nm以下。
具體實(shí)施方式五：下面結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式對(duì)實(shí)施方式一或?qū)嵤┓绞剿淖鬟M(jìn)一步說明，待測(cè)樣品7表面鍍的金屬熒光薄膜的厚度小于40nm。
具體實(shí)施方式六：下面結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式對(duì)實(shí)施方式五作進(jìn)一步說明，所述待測(cè)樣品7的金屬銀增強(qiáng)中介層的發(fā)光效率是有機(jī)中介層的5倍。
本實(shí)施方式中，所述有機(jī)中介層是指?jìng)鹘y(tǒng)的有機(jī)中介層。
具體實(shí)施方式七：下面結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述基于金屬銀增強(qiáng)熒光的自由曲面測(cè)量裝置的測(cè)量方法，該測(cè)量方法的具體過程為：
步驟1、在待測(cè)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(zhǔn)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(cè)樣品7上形成聚焦光斑，聚焦光斑激發(fā)待測(cè)樣品7表面的金屬熒光薄膜發(fā)出熒光；
步驟3、待測(cè)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(cè)器12收集；
步驟4、待測(cè)樣品7表面的金屬熒光薄膜激發(fā)出的熒光被光電探測(cè)器12收集后，通過軸向響應(yīng)曲線頂點(diǎn)位置確定待測(cè)樣品7的表面位置；
步驟5、三維微位載物臺(tái)8帶動(dòng)待測(cè)樣品7在三維方向上移動(dòng)，形成三維掃描成像；
步驟6、將待測(cè)樣品7浸入有機(jī)溶劑中，清洗表面的金屬熒光薄膜，恢復(fù)成原有狀態(tài)。
具體實(shí)施方式八：下面結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式對(duì)實(shí)施方式七作進(jìn)一步說明，步驟1所述在待測(cè)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(cè)樣品7浸入，加熱煮沸30min，取出待測(cè)樣品7后用去離子水清洗，并用氮?dú)獯蹈桑?/p>
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(cè)樣品7浸入，80℃加熱25min，取出待測(cè)樣品7后用去離子水清洗，并用氮?dú)獯蹈桑?/p>
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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(fù)10次；
步驟k、將步驟j獲得的待測(cè)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?dú)獯蹈伞?/p>
本實(shí)施方式中，待測(cè)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(shí)施方式九：下面結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式對(duì)實(shí)施方式七作進(jìn)一步說明，步驟6所述有機(jī)溶劑包括水、酒精和丙酮。