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全息數字顯微鏡

簡要描述:全息數字顯微鏡DHM; 是Lyncee Tec公司的技術。其工作原理為:全息圖由參考光束和經被測物體表面反射的物光光束相互干涉形成,攜帶有被觀測物體的波前信息,由數碼相機捕捉,再通過計算機對所記錄的全息圖進行數值重建來得到被測物體的相位和振幅(光強)信息,進完成被測物體的數值三維重建。

  • 產品型號:
  • 廠商性質:生產廠家
  • 更新時間:2021-08-19
  • 訪  問  量:1902

詳細介紹

數字全息顯微鏡DHM® 的縱向精度是由激光的本征波長來校準的,因此提供了激光干涉級別的高精度和高可重復性的量測數據??v向分辨率達到了亞納米,橫向分辨率則由所選物鏡決定。
另外得益于對所記錄全息圖的先進數字重建運算,DHM® 可數值選取所需聚焦的像面(數字自動聚焦)。這一功能也允許用戶在數據記錄后重新尋找聚焦像面,而無需再調整樣品實際高度。

全息數字顯微鏡

反射式數字全息顯微鏡(DHM® -R),非掃描非接觸無損測量,顯示靜態和動態三維形貌,表征周期振動。

全息數字顯微鏡

超高速記錄動態三維形貌:
DHM® 采用非掃描機制,采集單幀圖像既能記錄樣品表面三維形貌,因此擁有其他技術無法匹敵的圖像采集速度。使用標準相機采集速度為視頻速率30幀/秒,而高速相機可以達到1000幀/秒,使得以下應用變為可能:
研究可形變樣品三維動態響應
表面大區域掃描分析
高產量常規檢測
生產線在線三維形貌捕捉

MEMS測振分析,高可達25MHz
頻閃模塊(可選配件)可同步DHM® 測量時激光脈沖與 MEMS器件的激勵信號,獲取振動周期內的全視場振動模態。 這些*的分析數據可提供以下信息:
三維形貌時序圖
頻率共振分析和響應分析
面內面外振幅分析(面內振幅測量精度1nm,面外振幅測量精度5pm)
復雜運動表征,振動模態表征,樣品動態三維形貌


多種可控環境下測量
*的光學原理和光路設計使得DHM® 能夠滿足使用者在各種環境下的測量需求,提供靈活和便利的測量體驗:
透過玻璃(蓋玻片、載玻片、玻璃窗口)或者浸潤液
觀測環境控制箱或真空腔內部樣品,可改變環境參數,比如溫度、濕度、氣壓、氣體成分等


測量透明樣品三維形貌
得益于DHM® 多激光源配置,通過反射分析軟件(可選配件)可以表征透明薄膜樣品,包括:
透明結構表面形貌
多層透明薄膜組成結構的厚度、折射率,測量范圍可從10納米至幾十微米
柔性材料或是液體的形貌

三維形貌時序圖: 水滴蒸發的全過程


反射式數字全息顯微鏡DHM® -R擁有三種型號,主要區別在于不同的激光源數量:
> R1000型配備單激光源,是測量平滑表面和振動的理想工具。
> R2100型配備可以同時使用的雙激光源,在測量復雜表面和非連續結構時更有優勢。
> R2200型是在R2100型基礎上擴展了第三個激光源,增加測量范圍的同時,也增添了針對半透明薄膜 結構的測量能力。

反射式數字全息顯微鏡DHM® R2100


R1000 系列

DHM®-R1000系列配置單波長激光源,可以為您的樣品提供實時三維檢測,擁有亞納米級分辨率,動態可測垂直臺階高度為333nm,而對于連續表面動態可測高度則達到了200μm。R1000系列是反射式DHM®的zui基本配置,性價比優勢突出,使用極其便利。

適用范圍包括平滑表面、樣品形貌、以及不超過333nm陡直臺階等。




DHM R1000系列光路示意圖


R2100 系列

DHM®-R2100是按照能夠同時使用雙波長激光源測試的規格設計的,擁有亞納米級分辨率,動態可測垂直臺階高度達到了2.1 μm,對于連續表面動態可測高度同樣為200 μm。


兩個激光源擁有各自不同的參考光光路,但共用物光光路,主要優勢在于:

可測垂直臺階高度增加到了2.1 μm

可以自由切換使用單、雙激光源進行實時測試

Mapping算法保證在可測垂直臺階高度范圍內的亞納米測量精度


DHM®-R2100家族系列能夠使用相機同時記錄兩束光分別產生的干涉條紋并投射到同一幅全息圖上,之后還能對兩束光分別進行數字重建。 兩束光源產生的合成波長使得動態可測垂直臺階擴展到了2.1 μm,這些過程均在視頻速率下完成。



DHM R1000系列光路示意圖


使用雙光源系統與使用單光源系統相比一樣便利。視不同被測樣品情況,使用者可以自由切換使用單/雙光源模式以獲取不同可測臺階范圍。

另外,通過結合單光源與合成光源的測量數據,在單光源模式下的亞納米垂直測量精度能夠利用功能強大的Mapping算法適用到雙光源模式。


DHM® 雙光源的原理

R2100 系列提供雙光源測試模式,光源 λ_1 和光源λ_2將產生一個波長為Λ的合成光源。同時合成光源測試,在保持亞納米級精度的同時,將動態可測垂直臺階高度增加到了2.1 μm,而對于連續表面動態可測高度同樣為200 μm。


當然,雙光源系統的兩個光源也可以各自獨立單獨使用。



R2200 系列

DHM®-R2200 是按照三波長激光源的規格設計的,擁有亞納米級分辨率,動態可測垂直臺階高度達到了12 μm,對于連續表面動態可測高度同樣為200 μm。

DHM®-R2200 系列全息顯微鏡在實時測量方面達到了一個全新的高度。創新的光路設置包括了共用的物光光路以滿足三光源配置。三個光源允許使用兩組不同的雙光源組合,也就是說有兩個不同波長的合成光源供選擇:


  • 動態可測垂直臺階高度范圍增加到了12 μm

  • 可以自由切換使用單、雙激光源進行實時測試

  • Mapping算法保證在可測垂直臺階高度范圍內的亞納米測量精度

  • 使用雙光源測量與單光源同樣的便利性

    DHM®-R2200 系列除了擁有三光源,在其他方面與DHM®-R2100系列有著同樣的特點和功能。 DHM®-R2200 系列能夠使用相機同時記錄兩束光分別產生的干涉條紋并投射到同一幅全息圖上,之后還能對兩束光分別進行數字重建。 兩束光源產生的合成波長使得動態可測垂直臺階擴展到了12 μm,這些過程均在視頻速率下完成。


DHM R2200系列光路示意圖

使用三光源系統與使用單光源系統相比一樣便利。視不同被測樣品情況,使用者可以自由切換使用單/雙光源模式以獲取不同可測臺階范圍。


DHM®-R2200系列配置的第三光源用來與另外兩個光源結合使用。 因此在雙光源使用模式下擁有一個短合成光波長和長合成光波長,進一步拓寬了動態測試范圍。DHM®-R2200系列的兩種合成波長分別為6 μm 和30 μm,對于動態可測垂直臺階高度分別為2.1 μm和12 μm。


另外,通過結合單光源與合成光源的測量數據,在單光源模式下的亞納米垂直測量精度能夠利用功能強大的Mapping算法適用到雙光源模式。


由于測量和圖像抓取速率快,DHM® 可以有效避免環境振動對測量帶來的影響,防止出現圖像模糊的情況。實時顯示的三維動態形貌保證了DHM® 使用的便利高效,而測量可以通過垂直相干掃描模式增加到厘米量級。


DHM® 雙光源的原理

R2200 系列提供兩組雙光源測試模式,光源 λ_1 和光源λ_2將產生一個長合成波長Λ光源,在保持亞納米級精度的同時,將動態可測垂直臺階高度增加到了12 μm,而對于連續表面動態可測高度同樣為200 μm。

另外,光源 λ_1 和光源λ_3也可以合成一個短合成波長Λ光源,在保持亞納米級精度的同時,將動態可測垂直臺階高度增加到了2.1 μm。


Mapping算法保證在可測垂直臺階高度范圍內的亞納米測量精度,每個光源也可以各自單獨使用。


參數指標

DHM型號

R1000

R2100

R2200

激光光源數量

1

2

3

工作波長 (± 1.0 nm)

666 nm

666 nm, 794 nm

666 nm, 794 nm, 680 nm

激光波長穩定性

0.01 nm / °C (666 nm)

樣品臺

手動或電動XYZ樣品臺,zui大移動范圍 300 mm x 300 mm x 38 mm

物鏡

放大倍數1.25x 至 100x,可選標準物鏡、高NA值物鏡、蓋玻片矯正物鏡、長工作距物鏡、水鏡、油鏡等

物鏡臺

6口旋轉物鏡臺

電腦

Dell新工作站,In® 多核處理器,高性能顯卡

針對DHM優化配置,zui小21寸顯示器

軟件

Koala數據采集分析軟件,基于C++ 和NET

附加分析軟件供不同應用分析

(MEMS Analy sis Tool,Cell Analy sis Tool,Reflectometry Analy sis)

數據格式

多種保存格式,數據格式包括.bin格式和.txt格式

圖像格式包括:tif格式和.txt矩陣格式

性能

測量模式

單激光波長 666 nm

雙激光合成波長 4.2 um

雙激光合成波長 24 um

可用測量模式的DHM型號

R1000, R2100, R2200

R2100, R2200

R2200

測量精度[nm]

0.15

0.15 / 3.0

20

縱向分辨率[nm]

0.30

0.30 / 6.0

40

測量可重復性[nm]

0.01

0.01 / 0.1

0.5

動態可測縱向范圍

zui大200um

zui大200um

zui大200um

zui大可測臺階高度

zui大333 nm

zui大2.1um

zui大12um

適用樣品表面類型

平滑表面

復雜或非連續結構表面

復雜或非連續結構表面

垂直校準

由干涉濾光片決定,范圍 ±0.1 nm

圖像采集時間

標準 500us (zui快可選10us)

圖像采集速率

標準 30 幀/秒 (1024 x 1024 像素) (zui快可選 1000 幀/秒)

實時重建速率

標準 25 幀/秒 (1024 x 1024 像素) (zui快可選 100 幀/秒)

橫向分辨率

由所選物鏡決定,zui大 300 nm

視場

由所選物鏡決定,范圍從 66um x 66um 至 5 mm x 5 mm

工作距

由所選物鏡決定,范圍從 0.3 至 18 mm

數碼聚焦范圍

高50倍于景深 (由所選物鏡決定)

zui小可測樣品反射率

低于 1%

樣品照明

zui低 1uW/cm2

頻閃模塊

適用于單光源和雙光源模式




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