阮昊洋， 李加福， 白嫻靚， 杜 華， 羅明哲， 胡佳成

(1. 中國(guó)計(jì)量大學(xué)計(jì)量測(cè)試工程學(xué)院，浙江 杭州 310018; 2. 中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院，北京 100029;3. 北京國(guó)科軍友工程咨詢(xún)公司，北京 100086)

0 引 言

光譜共焦顯微測(cè)量方法是共焦測(cè)量的一個(gè)重要分支，它幾乎適用于任何反射率樣品的測(cè)量，尤其可以實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)實(shí)時(shí)測(cè)量。從這個(gè)角度來(lái)看，光譜共焦顯微測(cè)量?jī)?yōu)于其他高精度三維測(cè)量方法，如白光干涉測(cè)量。通常光譜共焦顯微系統(tǒng)需要高成本、具有線(xiàn)性色散特性的多折射透鏡組成的復(fù)雜物鏡。為了實(shí)現(xiàn)透明薄膜或者復(fù)雜工件內(nèi)部凹陷不平整等非常規(guī)工作環(huán)境的檢測(cè)，朱萬(wàn)彬等[1]設(shè)計(jì)了不同的色散透鏡組，實(shí)現(xiàn)了不同精度的微小位移測(cè)量。他們將光源用復(fù)色光代替，光源經(jīng)過(guò)半透半反射鏡和色散透鏡組后聚焦在像面上并形成虛像，入射光遇到像平面上放置的物體后發(fā)生反射，反射光再次經(jīng)過(guò)色散透鏡組、半透半反射鏡和小孔后，由光譜儀將其接收。通過(guò)光譜儀分析兩次峰值波長(zhǎng)的差值來(lái)計(jì)算微小位移值。此方法相較于傳統(tǒng)非接觸式測(cè)量方法，精度和軸向分辨率得到了提高[2]，然而在設(shè)計(jì)色散透鏡組時(shí)，如果色散線(xiàn)性度較差，就會(huì)使測(cè)量精度降低[3]。并且優(yōu)化過(guò)程中要使球差盡可能小，特別是要降低軸向球差對(duì)測(cè)量精度的影響；還要減小單色像差和點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)的半峰全寬（FWMH）等[4]。優(yōu)化過(guò)程中對(duì)球差、透鏡口徑大小、彌散斑、像方和物方孔徑角等因素的調(diào)控不是獨(dú)立的[5]，要綜合起來(lái)分析才能得到色散透鏡結(jié)構(gòu)的最優(yōu)解，這使設(shè)計(jì)難度大大提高。

近年來(lái)，經(jīng)典二元衍射光學(xué)元件的超聚焦和納米成像受到了廣泛的關(guān)注，其在原子光學(xué)、共焦成像、X射線(xiàn)納米顯微鏡、全息顯微鏡等領(lǐng)域有多種應(yīng)用。二元衍射元件的特殊性包括明顯的線(xiàn)性色散特性和高NA（數(shù)值孔徑）的單焦點(diǎn)。Park Hyo Mi等[6]設(shè)計(jì)出一種基于商用幾何相位透鏡的二元共焦傳感器，該傳感器一方面核心組件有很大的不同，色散聚焦元件是一種超構(gòu)透鏡，并且是偏振敏感的，其諧振單元基本在亞波長(zhǎng)尺度上；另一方面，利用矢量角譜理論來(lái)選擇最合適的線(xiàn)性色散區(qū)域，可以精確地確定每個(gè)偏移焦平面上的焦斑分布以及照明波長(zhǎng)的上下限。

為此提出一種基于二元衍射的光譜共焦顯微位移測(cè)量方法。該方法引入二元衍射透鏡代替一般的色散透鏡組，通過(guò)理論分析建立數(shù)學(xué)模型，仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果均表明，二元衍射透鏡實(shí)現(xiàn)了入射光線(xiàn)的軸向色散，不同波長(zhǎng)的光聚焦在光軸上的不同位置，色散現(xiàn)象顯著。二元衍射透鏡與放大倍數(shù)更高的顯微鏡組合進(jìn)行測(cè)量，在提高了系統(tǒng)的軸向分辨率同時(shí)提高了系統(tǒng)的測(cè)量精度，且二元衍射透鏡的性能良好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)。

1 基本原理與測(cè)量裝置

1.1 光譜共焦位移測(cè)量原理

光譜共焦位移測(cè)量是利用光學(xué)色散原理，對(duì)光譜儀對(duì)檢測(cè)到的信號(hào)進(jìn)行處理，提取峰值波長(zhǎng)，從而建立波長(zhǎng)與位移之間的關(guān)系還原出位移。光譜共焦系統(tǒng)如圖1所示，整個(gè)系統(tǒng)由白光光源、分光棱鏡、光譜儀、共焦小孔、色散物鏡和準(zhǔn)直鏡組成。白光光源發(fā)出的光經(jīng)針孔可以近似看成點(diǎn)光源，經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直和色散物鏡后，因位置色差被聚焦在光軸上的不同位置，形成連續(xù)的單色光焦點(diǎn)，且每一個(gè)單色光焦點(diǎn)到被測(cè)物體的距離都不同。當(dāng)被測(cè)樣品處于復(fù)色光束聚焦范圍之內(nèi)時(shí)[7]，只有某一波長(zhǎng)的光聚焦在被測(cè)面上，該波長(zhǎng)的光由于滿(mǎn)足共焦條件，可以從被測(cè)物表面反射回共焦小孔并進(jìn)入光譜儀，而其他波長(zhǎng)的光在被測(cè)物面表面處于離焦?fàn)顟B(tài)，反射回的光被阻擋在共焦小孔以外，所以大部分光線(xiàn)無(wú)法進(jìn)入光譜儀。通過(guò)光譜儀解碼得到出射信號(hào)光強(qiáng)最大處的波長(zhǎng)值，即峰值波長(zhǎng)。峰值波長(zhǎng)與位移一一映射，我們可以通過(guò)標(biāo)定得到波長(zhǎng)與位移的對(duì)應(yīng)關(guān)系，測(cè)量時(shí)通過(guò)計(jì)算出射信號(hào)的峰值波長(zhǎng)得到被測(cè)表面的位移。該系統(tǒng)具有良好的抗干擾能力，損耗低，重量輕，可以適應(yīng)多種被測(cè)表面的特性[8]。

圖1 光譜共焦位移傳感系統(tǒng)原理

1.2 二元色散鏡理論分析及制備

菲涅爾波帶片是一種二元衍射光學(xué)元件[9]，其每個(gè)環(huán)的半徑坐標(biāo)可用rn定義，相鄰波帶的光程差為λ/2。如圖2所示，第n波帶的半徑rn為：

圖2 二元色散鏡軸向圖和側(cè)視圖

式中：f——主焦距；

n——總環(huán)數(shù)；

λ——設(shè)計(jì)波長(zhǎng)。

設(shè)計(jì)波長(zhǎng)λ為：

式中：λ0——照明波長(zhǎng)；

η——介質(zhì)折射率。

菲涅爾波帶片的有效數(shù)值孔徑NAeff為：

式中：α為最大對(duì)焦半角，且滿(mǎn)足tanα=rn/f。因此，菲涅爾波帶片的直徑為：

對(duì)于二元相位型菲涅爾波帶片，當(dāng)rn為奇數(shù)時(shí)，傳輸函數(shù)t(r)=1；當(dāng)rn為偶數(shù)時(shí)，傳輸函數(shù)t(r)=-1。在標(biāo)量衍射理論下，主焦點(diǎn)的橫向尺寸(半最大值時(shí)全寬，半高寬)可以計(jì)算為：

同時(shí)，根據(jù)標(biāo)量衍射理論和瑞利準(zhǔn)則[10]，將真空中二元相位型菲涅爾波帶片的橫向空間分辨率簡(jiǎn)化：

式中，Δr=rn-rn-1為最外層環(huán)空的徑向?qū)挾?。橫向空間分辨率僅由一個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)Δr決定。應(yīng)該注意的是，方程(5)和(6)，只適用于低NA的菲涅爾波帶片，極化的影響可以忽略。當(dāng)有效數(shù)值孔徑變大(如NAeff＞0.4)時(shí)，由多級(jí)衍射光束構(gòu)成的二次焦點(diǎn)消失，只剩下一個(gè)主焦點(diǎn)。潛在的原因被清楚地揭示出來(lái)，由于退化因子的差異，高NA的菲涅爾波帶片與相同數(shù)值孔徑的精細(xì)校正物鏡相比，更容易獲得超分辨率聚焦。然而，受目前微加工技術(shù)的限制，在可接受的加工成本范圍內(nèi)，只能在可見(jiàn)光波段制備高NA小型菲涅爾波帶片或低NA大型菲涅爾波帶片。

通常對(duì)于菲涅爾波帶片，照明波長(zhǎng)等于或接近設(shè)計(jì)波長(zhǎng)。然而，當(dāng)照明波長(zhǎng)偏離設(shè)計(jì)波長(zhǎng)時(shí)，菲涅爾波帶片會(huì)發(fā)生明顯的色散。在一定的波長(zhǎng)范圍內(nèi)，軸向色散曲線(xiàn)為負(fù)且接近線(xiàn)性。根據(jù)低NA菲涅爾波帶片的色散聚焦特性，用矢量角譜理論可精確計(jì)算其電場(chǎng)強(qiáng)度分布，但實(shí)際成像和測(cè)量過(guò)程很少受到偏振的影響，特別是在低NA光學(xué)系統(tǒng)下。其原因是縱向偏振分量EZ不能通過(guò)低NA光學(xué)系統(tǒng)傳播。從矢量角譜理論可以得到菲涅爾波帶片后任意平面上的三維光場(chǎng)分布。

當(dāng)照明波長(zhǎng)偏離設(shè)計(jì)波長(zhǎng)時(shí)，在標(biāo)量衍射理論的框架下，可以定性地計(jì)算出菲涅爾波帶片的焦距變化范圍：

式中，Δλ和Δf分別表示照明波長(zhǎng)和焦距的變化。根據(jù)式(7)可計(jì)算其近似色散范圍。

二元衍射透鏡是用氮化硅在玻璃基板上制備的。為了提高基材的透光率，通過(guò)交替涂覆四層五氧化二鈦和二氧化硅來(lái)實(shí)現(xiàn)增透涂層。在400～900 nm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)，通過(guò)式(7)計(jì)算可得線(xiàn)性色散范圍為0.879 mm。測(cè)量的反射率小于0.5%。然后通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的光刻工藝來(lái)制備二元衍射透鏡。根據(jù)中心波長(zhǎng)588 nm計(jì)算得到氮化硅的刻蝕深度為293 nm(λ=n·d，其中n為折射率 2.008)，因此相鄰區(qū)域之間的相位差為180°，以最大化焦強(qiáng)度。

2 仿真分析

通過(guò)ZEMAX軟件對(duì)上述二元衍射透鏡進(jìn)行仿真分析。設(shè)置入瞳直徑為30 mm，設(shè)計(jì)波長(zhǎng)選擇F、D、C可見(jiàn)光波長(zhǎng)分別為 486 nm，588 nm和656 nm，其中主波長(zhǎng)設(shè)為588 nm。系統(tǒng)設(shè)計(jì)焦距為50 mm，二元透鏡衍射級(jí)次設(shè)為1，歸一化半徑為15 mm，二次項(xiàng)系數(shù)與四次項(xiàng)系數(shù)均設(shè)為變量進(jìn)行優(yōu)化處理，具體結(jié)構(gòu)參數(shù)如表1所示。仿真光路圖如圖3所示。

表1 二元色散鏡仿真參數(shù)

圖3 二元透鏡仿真光路圖

由優(yōu)化結(jié)果可知，該二元透鏡的軸向色散范圍為881.8 μm，線(xiàn)性度良好，與(7)式計(jì)算的理論值相當(dāng)。具體的波長(zhǎng)與聚焦位置的對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖4所示。

圖4 二元色散鏡波長(zhǎng)與焦移的關(guān)系

由于二元衍射透鏡上各點(diǎn)的聚光能力不同，從無(wú)窮遠(yuǎn)處來(lái)的平行光線(xiàn)在理論上應(yīng)該會(huì)聚在焦點(diǎn)上，但是由于近軸光線(xiàn)與遠(yuǎn)軸光線(xiàn)的會(huì)聚點(diǎn)不一致，會(huì)聚光線(xiàn)并不是形成一個(gè)點(diǎn)，而是一個(gè)以光軸為中心對(duì)稱(chēng)的彌散圓，因此就形成了球差。仿真結(jié)果對(duì)軸向球差進(jìn)行了校正，如圖5所示為F、D、C三色波長(zhǎng)的軸向球差，其中設(shè)計(jì)波長(zhǎng)處的軸向球差校正良好。

圖5 軸向球差

利用點(diǎn)列圖評(píng)估系統(tǒng)的像差情況，物方的點(diǎn)通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)，實(shí)際并不能形成完美像點(diǎn)，而是形成彌散斑，彌散斑的大小是評(píng)價(jià)光學(xué)系統(tǒng)好壞的標(biāo)準(zhǔn)。如圖6所示，設(shè)計(jì)波長(zhǎng)焦點(diǎn)處的RMS半徑為0.309 μm，彌散斑直徑小于艾里斑直徑，像差基本校正到了衍射極限。

圖6 設(shè)計(jì)波長(zhǎng)離焦點(diǎn)列圖

3 數(shù)據(jù)處理

準(zhǔn)確的提取出光譜信號(hào)中的峰值波長(zhǎng)是整個(gè)二元系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理中重要的一環(huán)。從白光光源發(fā)出的復(fù)色光在經(jīng)過(guò)二元鏡和顯微鏡最終反射回光譜儀被采集的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生各種噪聲，如光譜儀噪聲、光源噪聲等，這些噪聲會(huì)影響光譜信號(hào)的形狀甚至降低峰值波長(zhǎng)的提取準(zhǔn)確性。因此需要對(duì)光譜信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理后[11]再采取適當(dāng)?shù)乃惴ㄟM(jìn)行峰值波長(zhǎng)的提取。

首先需要對(duì)由二元透鏡內(nèi)部光學(xué)表面和光纖耦合器端面反射回來(lái)的雜散光等組成的暗信號(hào)進(jìn)行處理。處理的方法是將二元鏡頭用深色遮擋板擋住，使得光譜儀采集到的信號(hào)只有暗信號(hào)。此后的測(cè)量過(guò)程中光譜儀采集到的光譜信號(hào)都需要?jiǎng)h減掉暗信號(hào)的增量，從而獲得測(cè)量所需的光譜信號(hào)。在對(duì)光譜信號(hào)去除暗信號(hào)操作后，對(duì)光譜信號(hào)中的每一個(gè)數(shù)據(jù)都除以對(duì)應(yīng)的光源光譜光強(qiáng)的最大值，實(shí)現(xiàn)光譜特性歸一化處理[12]來(lái)避免光譜光強(qiáng)峰值大小的變化和光譜光強(qiáng)曲線(xiàn)的峰值波長(zhǎng)的微小偏移所產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差，圖7為被測(cè)物在不同位置時(shí)的光譜光強(qiáng)歸一化分布。

圖7 被測(cè)物在不同位置時(shí)的光譜光強(qiáng)分布

同時(shí)整個(gè)系統(tǒng)在各個(gè)環(huán)節(jié)都會(huì)產(chǎn)生隨機(jī)噪聲，通過(guò)中值濾波[13]能夠有效濾除噪聲，并且算法簡(jiǎn)單，中值濾波的算法為：

式中：x1,x2,x3· ··xn——窗口數(shù)據(jù)點(diǎn)；

y1,y2,y3· ··yn——從小到大排列后的數(shù)據(jù)點(diǎn)形式。

經(jīng)過(guò)上述信號(hào)預(yù)處理后，采用加權(quán)質(zhì)心算法[14]對(duì)峰值波長(zhǎng)的提取才是準(zhǔn)確的。該方法增大了光強(qiáng)大的點(diǎn)在確定峰值波長(zhǎng)時(shí)的權(quán)重，光強(qiáng)大的點(diǎn)離峰值中心也越近，信噪比也較高，從而對(duì)峰值波長(zhǎng)提取影響力進(jìn)一步加大，精度得到提升。其公式可表述為：

式中：xc——質(zhì)心位置；

n——序列總個(gè)數(shù)；

λi與Ii——光譜序列與對(duì)應(yīng)的光強(qiáng)序列。

4 實(shí)驗(yàn)分析

4.1 實(shí)驗(yàn)裝置

在光學(xué)平臺(tái)上完成了對(duì)二元顯微位移測(cè)量系統(tǒng)的搭建，如圖8所示，它由白光LED光源、光譜儀、二元衍射透鏡、顯微物鏡、光纖耦合器和納米位移臺(tái)等組成。

圖8 二元色散光譜共焦測(cè)距實(shí)物圖

實(shí)驗(yàn)所用光源波長(zhǎng)范圍為400～900 nm，光譜儀的分辨率為0.2 nm，采用直徑為400 μm的多模光纖。二元衍射透鏡設(shè)計(jì)波長(zhǎng)λ0為588 nm，設(shè)計(jì)焦距fc為50 mm，線(xiàn)性色散范圍為0.879 mm。顯微物鏡放大倍數(shù)分別為 50×和 100×，工作距離為0.38 mm和0.21 mm。所用PI納米位移臺(tái)的分辨率可達(dá)0.1 nm，重復(fù)精度±1 nm，線(xiàn)性誤差為0.02%。

4.2 標(biāo)定擬合誤差及重復(fù)性

被測(cè)物選擇標(biāo)準(zhǔn)量塊，分別選擇放大倍數(shù)為50×和100×的顯微物鏡與二元衍射透鏡進(jìn)行組合，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)用PI納米位移臺(tái)進(jìn)行標(biāo)定和測(cè)量。標(biāo)定開(kāi)始前，將標(biāo)準(zhǔn)量塊固定在納米位移臺(tái)上，并將其移動(dòng)到某一位置作為標(biāo)定的起始位置，將納米位移臺(tái)的讀數(shù)清零。標(biāo)定開(kāi)始時(shí)，使納米位移臺(tái)沿著軸向運(yùn)動(dòng)，對(duì)于放大倍數(shù)為50×和100×的顯微物鏡組合系統(tǒng)，測(cè)量范圍分別為100 μm和40 μm，納米位移臺(tái)每次步進(jìn)距離分別為4 μm和2 μm，對(duì)每個(gè)標(biāo)定點(diǎn)均進(jìn)行3次信息采集，每次保存光譜儀的數(shù)據(jù)和納米位移臺(tái)位移值。兩組標(biāo)定過(guò)程所采集的標(biāo)定點(diǎn)的個(gè)數(shù)分別為25個(gè)和20個(gè)。隨后，對(duì)每個(gè)測(cè)量點(diǎn)3次平均后的峰值波長(zhǎng)和納米位移臺(tái)位移值進(jìn)行曲線(xiàn)擬合，從而獲得峰值波長(zhǎng)和位移的關(guān)系曲線(xiàn)。圖9為經(jīng)過(guò)六次多項(xiàng)式擬合[15]后的擬合曲線(xiàn)結(jié)果，選用 50×物鏡在 400～900 nm波段對(duì)應(yīng)的位移為100 μm，具體表達(dá)式為：

圖9 標(biāo)定擬合結(jié)果

選用100×物鏡在400～900 nm波段對(duì)應(yīng)的位移為40 μm，具體表達(dá)式為：

每個(gè)標(biāo)定點(diǎn)的擬合誤差如圖10所示，其中50×物鏡的測(cè)量系統(tǒng)最大擬合誤差為0.090 5 μm，平均擬合誤差為0.039 3 μm。100×物鏡的測(cè)量系統(tǒng)最大擬合誤差為0.088 9 μm，平均擬合誤差為0.034 9 μm。

圖10 擬合誤差

系統(tǒng)的重復(fù)性結(jié)果如表2所示，對(duì)于50×物鏡的測(cè)量系統(tǒng)，25個(gè)標(biāo)定點(diǎn)的3次測(cè)量的平均峰值波長(zhǎng)用表示，表示平均峰值波長(zhǎng)偏差，表示對(duì)應(yīng)的平均位移偏差，由表可知，峰值波長(zhǎng)的最大偏差值為0.378nm，總平均波長(zhǎng)偏差值為0.177nm，對(duì)應(yīng)的總平均位移偏差值為0.058 7μm。對(duì)于100×物鏡的測(cè)量系統(tǒng)，20個(gè)標(biāo)定點(diǎn)的3次測(cè)量的平均峰值波長(zhǎng)用表示，表示平均峰值波長(zhǎng)偏差，表示對(duì)應(yīng)的平均位移偏差，由表可知，峰值波長(zhǎng)的最大偏差值為0.244 nm，總平均波長(zhǎng)偏差值為0.130 nm，對(duì)應(yīng)的總平均位移偏差值為0.043 5 μm。

表2 系統(tǒng)重復(fù)性結(jié)果

4.3 測(cè)量誤差及軸向分辨率

更換被測(cè)量塊，對(duì)50×物鏡系統(tǒng)進(jìn)行全量程范圍內(nèi)的三次測(cè)量，測(cè)量范圍100 μm，測(cè)量起始點(diǎn)處的平均峰值波長(zhǎng)為406.949 nm，測(cè)量結(jié)束點(diǎn)處的平均峰值波長(zhǎng)為687.072 nm，納米位移臺(tái)和光譜儀記錄25個(gè)測(cè)量點(diǎn)的數(shù)據(jù)。將光譜儀的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理計(jì)算出峰值波長(zhǎng)代入(10)式求得位移，隨后計(jì)算與納米位移臺(tái)位移的偏差值，如圖11所示，橫坐標(biāo)為納米位移臺(tái)位移值，縱坐標(biāo)為偏差值。由圖知，測(cè)量誤差最大為0.217 μm，平均偏差值為0.068 8 μm。隨后更換100×物鏡，對(duì)同一被測(cè)件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，測(cè)量范圍為40 μm，測(cè)量起始點(diǎn)處的平均峰值波長(zhǎng)為432.453 nm，測(cè)量結(jié)束點(diǎn)處的平均峰值波長(zhǎng)為806.963 nm，納米位移臺(tái)和光譜儀記錄20個(gè)測(cè)量點(diǎn)的數(shù)據(jù)，最終得到測(cè)量誤差最大為0.112 μm，平均偏差值為 0.046 2 μm。

圖11 系統(tǒng)測(cè)量誤差

由上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，采用100×顯微物鏡和二元衍射透鏡搭建的位移系統(tǒng)測(cè)量精度更高，對(duì)此系統(tǒng)進(jìn)行軸向分辨率測(cè)試，更換被測(cè)量塊，分別以0.2 μm、0.4 μm、0.8 μm、1 μm 為步距對(duì)被測(cè)物進(jìn)行5次往復(fù)步距運(yùn)動(dòng)，每次移動(dòng)后采集光譜響應(yīng)曲線(xiàn)10次，根據(jù)式(11)計(jì)算相對(duì)位移。實(shí)驗(yàn)表明，由于環(huán)境等因素的影響，當(dāng)步距為0.2 μm時(shí)，納米位移臺(tái)的示值變化范圍達(dá)0.04 μm，由圖12知，系統(tǒng)的軸向分辨率優(yōu)于0.2 μm。

圖12 系統(tǒng)軸向分辨率

5 結(jié)束語(yǔ)

本文基于光譜共焦位移測(cè)量原理，提出了一種基于二元衍射的光譜共焦顯微位移測(cè)量方法。利用矢量角譜理論精確計(jì)算了二元衍射透鏡的色散聚焦特性，采用標(biāo)準(zhǔn)光刻技術(shù)制作了二元鏡，并用仿真軟件對(duì)二元衍射透鏡的結(jié)構(gòu)和色散特性進(jìn)行分析，得到其軸向色散特性較好，像差較小。在上述基礎(chǔ)上對(duì)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行了搭建，采用合適的數(shù)據(jù)處理方法建立了峰值波長(zhǎng)和位移之間的關(guān)系，由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，在400～900 nm光譜范圍內(nèi)，50×顯微物鏡和二元衍射透鏡搭建的系統(tǒng)的測(cè)量范圍為100 μm，平均測(cè)量精度達(dá)到0.068 8 μm；100×顯微物鏡和二元衍射透鏡搭建的系統(tǒng)的測(cè)量范圍為40 μm，平均測(cè)量精度達(dá)到0.046 2 μm。選用100×顯微物鏡的位移測(cè)量系統(tǒng)能達(dá)到更高的測(cè)量精度，且系統(tǒng)的軸向分辨率優(yōu)于0.2 μm。該測(cè)量系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于原子光學(xué)、共焦成像、全息顯微鏡等多領(lǐng)域，在工程領(lǐng)域具有很高的應(yīng)用價(jià)值。