旋转检偏器移相的微分干涉显微镜

　　1引言

　　微分干涉显微镜是一种利用波面微剪切千涉技术的光学显微镜，它使样品表面微观起伏的高度变化在相干背景上以光强的形式表现出来，因此形成的微分干涉图像就好象是用侧光照射在浮雕上，不仅具有很强的立体感和鲜艳的彩色感，而且还能分辨出埃量级的表面不规则性。

　　微分干涉显微镜由于采用了共光路千涉体系，因此它对机械振动等外界千扰不敏感，并且不需参考反射镜，适于在生产环境中使用。微分干涉显微镜虽然具有灵敏度高、抗干扰能力强和操作简便等突出优点，但由于其千涉光强不仅反映了样品表面的程差梯度，而且还与Nomarski棱镜的位置有关，因此很难从显微镜的千涉图像中定量判读出被测样品的表面形貌信息，无法进行定量测量和定量分析。

　　本文在Nomarski显微镜的基础上.，提出了一种千涉相位差与检偏器方位角成线性关系的微分干涉显微镜，通过旋转检偏器对两束相干光的相位差进行移相，然后利用电视摄象机和计算机，就可从接收到的干涉光强信号中计算出被测样品的表面形貌。

　　2显微镜工作原理

　　图1为微分干涉显微镜的光路原理图。它与Nomarski显微镜的不同之处于，其偏振光路中增加了一片四分之一波片。从光源发出的一束光由起偏器变成线偏振光后。由Nomarski偏振分光校镜和显微物镜将其分为两束相距很近的正交线偏振光投射到样品表面，从样品表面反射回的两束正交偏振光经原路返回，由Nomarski棱镜重新复合共线，然后穿过四分之一波片和检偏器后发生干涉。

　　设起偏器的方向使两束正交偏振分量的幅度相等，则两束光进入四分之一波片前的场振幅可写为

式中E0为偏振分量的振幅，φ(x" Y)为被测相位分布，x轴为Nomarski稼镜的剪切方向。

　　若四分之一波片的快轴和检偏器的透光轴与x轴的夹角分别为π/4和，则其传输矩阵Q和P可分别表示为

式中λ为光波波长，△x为两束正交线偏振光间的横向剪切量，β（x）为Nolnarski棱镜引起的相位差，它是棱镜位置x的线性函数。

　　将式(句代入式(5)，可以得到微分千涉显微镜的光强分布

　　从上式可以看出，两束正交线偏振光的千涉相位差与检偏器方位角成线性关系。转动检偏器可使两束相千光的相位差随之变化，视场内会出现均匀的千涉色(背景色彩)。通过调整检偏器方位角，可以任意改变背景色彩而得到最佳衬比的干涉图像。

　　3表面形貌测量原理

　　利用微分干涉显微镜测量表面形貌的关键是要精确获得被测相位分布φ(x，y)，讯理论中的相关检测技术可知，如果L是检偏器方位角0i=i叮N时的光强测量值，相位分布由下式给出由通则被测