可控介质微球阵列光场调制实现高效超分辨三维测量方法研究

Micro devices are the basis of the development of the information times. Its research cannot be separated from the high precision topography measurement. The optical detection method, which has the advantages of noncontact and rapid, is an important direction of the micro devices measurement. The feature size of the micro devices becomes smaller and smaller. However, for the diffraction principle, the transverse resolution of the traditional 3D measurements, cannot break the limitation of 200nm. How to surpass the diffraction limit is a hot and difficult point in the sciences. Based on the researches of the super resolution ability of microsphere, we proposed a new method to break the diffraction limitation. In this method, two light fields are used. Therefore, we can mark the 3D spatial light field distribution of the microsphere array which is controlled. As a result, the 3D information of the tested object can be got by demodulating the marked field. This method can reconstruct the 3D information of the micro device owning feature below 100nm, without mark in the far field region. It is not only has high measurement resolution and adaptability, but also has high measuring efficiency. It provides a new solution for the 3D micro devices, and will provide a strong support for the development of the further research of micro technology in China.

微纳器件是信息时代发展的基础，其研究离不开高精度形貌检测。光学检测方法具有无损、快速等优点，是微纳形貌检测的重要发展方向。微纳器件减小特征尺寸方向不断发展，然而，受限于衍射原理，传统三维测量方法在横向分辨力上无法突破200nm极限。如何超越衍射极限，是科学界关注的热点与难点。本项目在前期对介质微球超分辨成像特性深入研究的基础上，针对其在实际应用中的局限，提出通过双光场协同调控，在对介质微球阵列操控的同时，对标记其三维空间光场分布，最终解调携带物体三维信息的标记图像，实现对待测结构的三维形貌测量。该方法能够在远场区域，通过面成像方式，在无需标记的情况下，实现特征尺寸100nm以下的微纳器件三维重建，不仅具有极高的测量分辨力以及适应性，而且通过对介质微球阵列的操控，实现并行测量，大大提高了测量效率。为微纳器件三维测量提供了新的解决途径，将为促进我国微纳技术前沿研究领域的发展，提供有力技术支撑。

微纳器件是信息时代发展的基础，其研究离不开高精度形貌检测。光学检测方法具有无损、快速等优点，是微纳形貌检测的重要发展方向。微纳器件减小特征尺寸方向不断发展，然而，受限于衍射原理，传统三维测量方法在横向分辨力上无法突破200nm极限。如何超越衍射极限，是科学界关注的热点与难点。. 为了克服这一难点，本项目提出基于可控介质微球阵列光场调制实现高效超分辨三维测量方法。本项目的主要研究内容为以介质微球为核心成像部件，通过调制其光场振幅对其成像空间光场进行编码，利用介质微球特殊光场分布规律，实现待测结构的超分辨三维测量。. 在本项目的研究过程中，对光场振幅分布下介质微球空间光场分布物理模型、基于光场相位调制生成阵列光势阱的介质微球操控、双光场耦合作用下系统优化、基于成像空间编码的高精度三维重构算法、原理实验及模型优化等进行了详细的研究。. 本项目提出的方法能够在远场区域，通过面成像方式，在无需标记的情况下，实现特征尺寸100nm以下的微纳器件三维重建，不仅具有极高的测量分辨力以及适应性，而且通过对介质微球阵列的操控，实现并行测量，大大提高了测量效率。为微纳器件三维测量提供了新的解决途径，将为促进我国微纳技术前沿研究领域的发展，提供有力技术支撑。