CN120801303A - 一种利用偏振干涉测量二次谐波相位的显微成像系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于偏振干涉测量二次谐波相位的显微成像系统。为克服传统干涉式二次谐波技术精度不足和应用场景受限的问题，本发明创新性地采用具有特定二次谐波偏振响应特性的材料(如满足D_3h对称性的二维材料单晶)作为参考样品，将其与待测样品构建共轴干涉光路。系统通过调控参考样品的取向角，改变参考二次谐波偏振方向，使其与待测信号形成可控偏振角度差，从而将隐含的相位信息转化为可定量解析的成像对比度。该系统能以亚微米级分辨率和高成像对比度实现相位的原位动态测量。本发明在新型半导体光电材料与量子器件的表征领域具有重要应用价值，为晶体的缺陷检测、本征对称性解析及畴结构动力学研究提供了标准化技术方案。

Description

一种利用偏振干涉测量二次谐波相位的显微成像系统

技术领域：

本发明属于光学显微成像技术领域，尤其是一种利用偏振干涉测量二次谐波相位的显微成像系统。

背景技术：

近年来，二次谐波显微成像技术凭借其对材料对称性的高灵敏度探测能力及非破坏性检测特性，已成为一种重要的非线性光学显微表征手段，在微纳结构精确表征、表界面科学及生物医学高质量成像等领域展现出巨大应用价值。该技术基于非线性光学原理，利用飞秒激光激发并探测样品产生的倍频信号强度，实现对材料微观结构的可视化与无损检测。然而，传统的强度型二次谐波显微成像技术存在明显局限:仅能获取非线性光学响应的强度信息，无法获得蕴含材料关键物性参数的相位信息。这些缺失的相位信息在众多前沿研究领域至关重要。例如，在三维全息重构中，它是精确重建物体空间形貌的核心基础；在自旋电子学研究中，它是判定逻辑器件极性翻转、表征磁畴结构及自旋输运特性的关键依据；在新型材料表征中，它是识别反演对称性破缺、揭示材料本征物理特性的核心判据。因此，突破传统强度探测的局限，发展能够精确解析光学相位信息的二次谐波显微成像技术，不仅对深化上述领域的科学认知至关重要，也为其应用创新提供了核心驱动力，具有重大的科学意义与应用价值。

为了获取相位信息，干涉式二次谐波显微成像技术应运而生。该技术将样品产生的二次谐波信号与参考光进行干涉，解析干涉条纹强度分布以提取相位信息，从而实现对材料非线性光学响应的全面表征。然而，现有干涉式二次谐波技术在实际应用中仍面临诸多技术挑战。主流的频域干涉法虽能获取相位，但需要宽带光源。宽带光源固有的色散效应会显著降低系统空间分辨率和相位精度，难以满足高分辨表征需求。而相位调节法采用单色激光，相位精度较高，但其双光路设计的机械不稳定性易受环境振动和温度波动影响，制约了该方法在精密成像中的应用。现有改进方案一般采用共线几何构型，利用延迟晶体或电光调制器进行相位控制。然而，由于基频光和倍频光之间存在群速度失配，导致二者产生时间走离。该时间走离量级常超过激光脉宽，显著破坏时域相干性。虽然可通过色散补偿器件部分修正，但是在超短脉冲条件下，高阶色散补偿误差会进一步放大载波包络相位的抖动，导致相位稳定性难以维持。此外，系统受限于严格的偏振约束，面对不同偏振特性样品时需频繁调整校准，适用性较差。

因此，针对上述技术瓶颈，开发一种具有高灵敏度、高相位精度、快速测量能力，且非接触、非破坏性检测优势的新型相位敏感显微成像系统，已成为当前非线性光学显微技术领域亟待突破的关键科学问题和技术挑战。

发明内容：

针对现有技术在二次谐波相位检测中存在精度不足和应用场景受限的问题，本发明创新性地提出一种基于偏振干涉测量二次谐波相位的显微成像系统。该系统通过引入偏振干涉测量技术，成功实现了非接触式、非破坏性的相位检测，在保持样品完整性的同时显著提升测试效率。

本系统的相位识别原理基于二次谐波信号的偏振干涉效应，通过相位-强度信息转换机制实现对微结构的高精度表征。具体而言，系统首先激发待测样品和参考样品产生的二次谐波信号，当两束具有固定相位关系的谐波发生干涉时，待测样品内部各区域的相位差异会直接调制干涉场的强度分布，从而将隐含的相位信息转化为可直接观测的明暗对比图像。进一步地，系统通过旋转参考样品精密调控参考光的偏振方向，利用二次谐波偏振态的样品取向角度敏感特性，主动构建参考样品与待测样品二次谐波信号之间连续可调的偏振角度差。改变偏振角度差可增强干涉信号的可见度，从而提高不同相位区域的成像对比度，实现更精准的相位识别。这种动态偏振调制策略突破了传统静态干涉的灵敏度限制，为亚微米级相位特征的可视化检测提供了新途径。

本发明提供的利用偏振干涉测量二次谐波相位的显微成像系统装置，分为二次谐波成像和白光成像两大模块。所述二次谐波成像模块包括激光发射模组、扫描聚焦模组、参考与待测样品模组、信号接收模组：

所述激光发射模组包括依次设置的飞秒激光器、第一透镜、第二透镜和中性密度衰减片。所述飞秒激光器用于发射飞秒脉冲激光，充当系统的基频激发光；所述第一透镜和第二透镜用于激光扩束，两透镜间距为其焦距之和；所述中性密度衰减片用于调节激光功率。

可选地，所述中性密度衰减片为手动可变中性密度衰减片。

优选地，所述中性密度衰减片为电动可变中性密度衰减片。

所述扫描聚焦模组位于激光发射模组之后，包括依次设置的XY扫描振镜、扫描透镜、套筒透镜、二向色镜、物镜。所述XY扫描振镜，通过快速旋转反射镜改变激光束的传播方向，实现在目标平面上激光的二维扫描。所述扫描透镜为远心扫描透镜，位于XY扫描振镜之后，与XY扫描振镜的距离等于扫描透镜的焦距，主要功能是校正像差并实现平场聚焦，确保激光束在扫描平面上形成均匀的聚焦光斑。所述套筒透镜为远心套筒透镜，位于扫描透镜之后，与扫描透镜的距离等于扫描透镜和套筒透镜的焦距之和，用于将XY扫描振镜的角位移转换为光束的平移，并确保激光束准直到目标平面。所述二向色镜位于套筒透镜之后，用于透射激发光使其进入所述物镜并反射信号光使其进入所述信号接收模组。所述物镜位于二向色镜之后，与所述扫描透镜的距离等于扫描透镜的焦距，用于聚焦激发光，使其达到衍射极限尺寸的光斑，并收集信号光。所述XY扫描振镜、扫描透镜、套筒透镜和物镜共同构成4f成像系统。该系统在物镜入瞳处形成光束不动点，确保激光焦斑在扫描整个视场平面时，在像平面形成平坦的焦场，且光斑尺寸畸变可忽略。

可选地，所述扫描透镜和所述套筒透镜具有平场、消色差、消畸变的特性。

可选地，所述物镜在激发光波段和信号光波段具有良好的透过率。

所述参考与待测样品模组包括参考样品板、直角型XYZR四轴位移台、待测样品板及XYZ三轴样品台，用于实现参考样品与待测样品的二次谐波信号的干涉及调节。所述参考样品板为中心反演对称破缺的薄层材料。所述参考样品板为石英衬底上的D_3h对称性的单层二维材料薄膜。所述直角型XYZR四轴位移台是用三角板将XYZ三轴位移台、水平悬臂和中空的旋转位移台组装固定而成的。其中，所述水平悬臂固定在XYZ三轴位移台上，所述旋转位移台倒置在所述水平悬臂下方，所述参考样品板面朝下地固定在所述旋转位移台下方。通过调节所述直角型XYZR四轴位移台的XY方向使参考样品位于视野中央，调节Z方向使参考样品与待测样品保持合适的间距，以确保二者的二次谐波信号强度相当，通过调节R方向来转动所述参考样品板的方向以改变参考样品的二次谐波的偏振方向，进而调节干涉信号的强度。所述待测样品位于所述XYZ三轴样品台上。所述XYZ三轴样品台用于固定待测样品且调节待测样品的位置，使所述待测样品在XY方向上位于视野中央，Z方向上位于所述物镜聚焦焦点的位置。

可选地，所述参考样品板为石英衬底上的D_3h对称性的单层二维材料薄膜。

可选地，所述待测样品为沉积在透光衬底上的样品。

可选地，当所述待测样品为沉积在透光衬底上的样品时，在可替换的配置方案中，所述待测样品可置于所述参考样品台位置，所述参考样品可置于所述待测样品台位置。

可选地，所述直角型XYZR四轴位移台中的XYZ三轴位移台为手动调节的XYZ三轴位移台。

优选地，所述直角型XYZR四轴位移台中的XYZ三轴位移台为压电精密调节的XYZ三轴位移台。

可选地，所述XYZ三轴样品台为手动调节的位移台。

优选地，所述XYZ三轴样品台的Z轴选用压电精密调节的Z轴位移台。

所述信号接收模组包括依次设置的扫描聚焦模组中所述的物镜和二向色镜，以及第三透镜、第四透镜、光学滤光片、收集透镜和光电倍增管(PMT)。所述物镜在此模组中用于收集所述待测样品和参考样品产生的二次谐波干涉信号。所述二向色镜在此模组中用于反射物镜收集的信号光进入后续的探测光路。所述第三透镜与所述物镜入瞳的距离为第三透镜的焦距。所述第三透镜和第四透镜用于实现对二次谐波干涉信号的缩束，在所述收集透镜处形成光束扫描不动点，以确保在光束扫描的过程中信号收集效率保持恒定。所述第三透镜和第四透镜两者间距为两透镜焦距之和。所述光学滤光片用于剔除基频信号以及与测量无关的线性和非线性噪声信号，所述收集透镜用于聚焦缩束后的二次谐波干涉信号到PMT上，所述PMT用于收集纯净的二次谐波干涉信号，并测量其强度。所述收集透镜与PMT之间的间距为所述收集透镜的焦距。

所述白光成像模块包括依次设置的LED白光点光源、准直透镜、半透半反镜、白光成像套筒透镜、平面反射镜、扫描聚焦模组中所述的物镜以及CCD相机，实现样品的实时白光成像定位，用于原位的二次谐波测试。所述LED白光点光源被用作白光成像的光源，所述准直透镜用于准直白光，所述半透半反镜用于将白光反射到样品上以及将样品的反射光束透射到CCD相机进行成像，白光成像套筒透镜用于确保视场中的白光均匀照明，并校正像差。

所述的二次谐波成像和白光成像模块集成于一套显微成像系统上，用于白光下观察定位样品，并在同一探测区域(原位)进行相位敏感的二次谐波成像，通过切换物镜上方放置的所述二向色镜和所述平面反射镜实现二次谐波成像和白光成像的切换。

附图说明：

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明利用偏振干涉测量二次谐波相位的显微成像系统光路示意图。

图2为本发明利用偏振干涉测量二次谐波相位的显微成像系统中参考与待测样品模组的结构示意图。

图3为本发明所述偏振干涉测量二次谐波相位显微成像系统中，针对透光衬底待测样品的可替换配置方案中参考与待测样品模组的结构示意图。

图4为本发明利用偏振干涉测量二次谐波相位的显微成像系统识别0-π相位反演结构的操作流程示意图。

图5为本发明利用偏振干涉测量二次谐波相位的显微成像系统的二次谐波成像界面示意图。

图6为本发明实施例中参考样品覆盖在待测样品上的光学显微成像图。

图7为本发明实施例中待测样品的光学显微成像效果图、待测样品与参考样品取向差分别为0°、30°、60°时的干涉式二次谐波成像图。

其中，图中附图标记对应为：

实线部分：二次谐波成像模块

1-激光发射模组：11-飞秒激光器；12-第一透镜；13-第二透镜；14-中性密度衰减片。

2-扫描聚焦模组：21-XY扫描振镜；22-扫描透镜；23-套筒透镜；24-二向色镜；25-物镜。

3-参考与待测样品模组：31-XYZR四轴位移台；32-参考样品板；33-待测样品板；34-XYZ三轴样品台。

4-信号接收模组：41-第三透镜；42-第四透镜；43-光学滤波片；44-收集透镜；45-光电倍增管(PMT)。

虚线部分：白光成像模块

5-白光模组：51-LED白光光源；52-准直透镜；53-半透半反镜；54-套筒透镜；55-平面反射镜；25-物镜；56-CCD相机。

具体实施方式：

下面结合具体实施方式对本发明作在其中一个实施例中说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1所示，本发明公开了一种利用偏振干涉测量二次谐波相位的显微成像系统，包括二次谐波成像模块和白光成像模块。所述二次谐波成像模块用于提取样品的相位信息，如图1实线部分所示。所述白光成像模块用于样品和参考样品对准和定位，如图1虚线部分所示；

所述二次谐波成像模块包括激光发射模组1、扫描聚焦模组2、参考与待测样品模组3、信号接收模组4。

激光发射模组1包括依次设置的飞秒激光器11、第一透镜12、第二透镜13和中性密度衰减片14。所述飞秒激光器11用于发射飞秒脉冲激光，所述第一透镜12和第二透镜13用于激光扩束，所述中性密度衰减片14则用于调整激光功率。

扫描聚焦模组2包括依次设置的XY扫描振镜21、扫描透镜22、套筒透镜23、二向色镜24、物镜25。所述XY扫描振镜21，通过快速旋转反射镜改变激光束的传播方向，实现激光在目标平面上的二维扫描。所述扫描透镜22为远心扫描透镜，位于XY扫描振镜21之后，与XY扫描振镜21的距离等于扫描透镜22的焦距，主要功能是校正像差并实现平场聚焦，确保激光束在扫描平面上形成均匀的聚焦光斑。所述套筒透镜23为远心套筒透镜，位于扫描透镜22之后，与扫描透镜22的距离等于扫描透镜22和套筒透镜23的焦距之和，用于将XY扫描振镜21的角位移转换为光束的平移，并确保激光束准直到目标平面。所述飞秒脉冲激光扫描光束经过所述二向色镜24透射，再经过物镜25同时聚焦至所述参考样品板32和所述待测样品板33的表面，使两个表面都产生二次谐波信号。

参考与待测样品模组3的结构包括依次设置的参考样品与样品台、待测样品与样品台，但其器件的功能有所差异。所述参考样品与样品台由直角型XYZR四轴位移台31、参考样品板32组成，其目的是使参考样品与样品之间产生的二次谐波发生良好干涉并引入任意大小的偏振角度差。

具体地说，所述参考样品板是一个具有D_3h点群对称性的原子薄层的单晶，其二次谐波偏振方向具有样品取向角度依赖性，用于调制干涉信号的大小和对比度。请查阅图3，所述直角型XYZR四轴位移台31是用三角板将XYZ三轴位移台311、三角板312、水平悬臂313和旋转位移台314组装而成，所述水平悬臂313固定在所述XYZ三轴位移台311上，所述旋转位移台314反演在所述水平悬臂313下方，所述参考样品板32面朝下地固定在所述旋转位移台314下方。

所述待测样品与样品台是另一个XYZ三轴位移台34，其上表面水平放置待测样品板33，水平放置在参考样品板32正下方。

调整所述XYZ三轴位移台311和所述XYZ三轴位移台34，一方面使得激光脉冲同时聚焦在样品表面和参考样品表面，另一方面用于调整样品与参考样品的间距以产生良好干涉现象。通过对旋转位移台314进行旋转操作，调整参考样品的取向角，改变参考信号与样品信号的偏振角度差，从而调节干涉信号大小，使得不同取向区域的二次谐波成像有任意、可调节的对比度。

信号接收模组4包括依次设置的物镜25、二向色镜24、第三透镜41、第四透镜42、光学滤光片43、收集透镜44和光电倍增管(PMT)45。所述物镜25在此模组中用于收集所述样品和参考样品产生的二次谐波干涉信号，所述二向色镜24在此模组中用于反射二次谐波干涉信号进入后续探测光路，所述第三透镜41和第四透镜42组用于实现对所述二次谐波干涉信号的缩束，所述光学滤光片43用于剔除基频信号以及与测量无关的线性和非线性信号噪声，所述收集透镜44用于对所述二次谐波干涉信号聚焦，所述PMT45用于收集纯净的二次谐波干涉信号以及测量其强度大小。

所述白光模组包括依次设置的LED白光点光源51、准直透镜52、半透半反镜53、套筒透镜54、平面反射镜55、扫描聚焦模组中所述的物镜25以及CCD相机56。所述LED白光点光源51用作白光成像的光源，白光经过所述准直透镜52进行准直后通过所述半透半反镜53，反射部分的白光经过所述套筒透镜54以及所述平面反射镜55后，再通过所述物镜25到达样品表面，实现对样品的照明。从样品表面反射出来的白光经过所述物镜25以及所述平面反射镜55，再经过所述套筒透镜54后，再经过所述半透半反镜53透射至所述CCD相机56。需要注意的是，透射部分的白光经过套筒透镜54的焦平面应该与物镜25的入瞳相重合，这样在保证正确的放大倍率的同时，实现整个视场内的均匀照明，减少像差。

所述参考与待测样品模组3，包括依次设置的参考样品与参考样品台、待测样品与样品台。所述参考样品与参考样品台由直角型XYZR四轴位移台31、参考样品板32组成。所述参考样品板32面向下固定直角型XYZR四轴位移台31的中空旋转位移台上。所述待测样品与样品台由所述待测样品和XYZ三轴位移台34组成，所待测样品板33水平放置在所述XYZ三轴位移台34上。通过调节所述直角型XYZR四轴位移台31和XYZ三轴位移台34，白光同时聚焦在样品表面和参考样品表面。

实施例2

本发明还提供了一种采用实施例1的反演结构相位识别方法，包括以下步骤：

S1、利用白光成像模块定位参考样品和待测样品：

所述步骤S1的具体过程如下：

S11、切换至白光成像模式：在套筒透镜23后方放置一个挡光板以阻挡激光进入光路系统，将位于物镜25上方的二向色镜24切换为平面反射镜55，打开LED白光光源51；

S12、安装并定位参考样品：将待参考样品板32面朝下水平固定于直角型XYZR四轴位移台31的旋转位移台314下方，调节直角型XYZR四轴位移台31的Z轴，使参考样品32初步位于物镜25的工作距离附近，调节直角型XYZR四轴位移台的XY方向，使待测样品33精确位于CCD相机56视野的中央；

S13、安装并定位待测样品：将参考样品板32水平放置在XYZ三轴位移台34上，调节XYZ三轴位移台34，使待测样品移动至参考样品的正上方，精细调节XYZ样品台34的Z轴，并微调直角型XYZR四轴位移台31的Z轴，确保在CCD相机56的视野中，参考样品33被参考样品32完全覆盖，且两者均处于清晰成像状态。此覆盖状态是后续产生有效干涉的必要条件；

S2、将光路切换到二次谐波成像模块并进行干涉校准：

所述步骤S2的具体过程如下：

S21、切换至二次谐波成像模式：关闭LED白光光源51，将物镜25上方的平面反射镜55切换回二向色镜24，并移除挡光板；

S22、调整激发光功率：使用中性密度衰减片14将飞秒激光器11输出的激光功率调整至适宜水平；

S23、聚焦激发与信号产生：调节XYZR四轴位移台31的Z轴和XYZ三轴位移台34的Z轴，确保物镜25将飞秒脉冲激光精确聚焦在参考样品板32和待测样品33的表面，确认两者均产生二次谐波信号；

S24、优化间距以产生干涉：在保持激光聚焦状态的基础上，精细调节XYZR四轴位移台31的Z轴和XYZ三轴位移台34的Z轴，改变参考样品板32和待测样品板33的间距，此调节的目的是优化两束二次谐波的信号的光程匹配和空间重叠度，使其在信号接收模组中发生稳定、可见度高的干涉。可通过监测PMT45输出的干涉信号强度或对比度达到最佳状态来判定；

S3、通过偏振调制识别反演结构相位；

S31、旋转参考样品引入偏振角度差：通过控制直角型XYZR四轴位移台31的R轴旋转参考样品板32，改变其取向角。由于待测样品33的二次谐波信号偏振态具有角度依赖性，而待测样品33的二次谐波信号偏振态由其固有结构决定，旋转操作主动引入了参考信号与测试信号之间的偏振角度差；

S32、扫描成像与对比度分析：在不同的参考样品取向角下，启动XY扫描振镜21进行二维扫描，利用PMT45采集对应位置的二次谐波干涉信号强度，生成二次谐波成像图；

S33、识别反演结构的相位：若待测样品33为具有0-π相位分布的反演结构(例如铁电畴、磁畴等)，则其不同区域的本征二次谐波相位差为π。在此情况下,当改变参考样品取向角(旋转特定角度如60°)时，待测样品内部原本相位差为π的区域，其二次谐波成像的明暗对比度幅值将保持近似不变，但相邻区域的相对明暗关系会发生反转(即对比度符号改变)。观察到这种对比度幅值恒定，符号随参考样品取向角的变化而反转的现象，即可作为判定待测样品存在0-π相位分布的反演结构的核心实验依据。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (13)

1.一种利用偏振干涉测量二次谐波相位的显微成像系统，其特征在于，包括：

二次谐波成像模块和白光成像模块；其中：

所述二次谐波成像模块，用于激发和收集相位敏感的二次谐波干涉信号，包括：激光发射模组(1)，扫描聚焦模组(2)，参考与待测样品模组(3)和信号接收模组(4)。

2.根据权利要求1所述的利用偏振干涉测量二次谐波相位的显微成像系统，其特征在于，所述激光发射模组(1)还包括：

飞秒激光器(11)、第一透镜(12)及第二透镜(13)、中性密度衰减片(14)；所述第一透镜(12)与第二透镜(13)的间距为两透镜焦距之和，用于激光扩束；所述中性密度衰减片(14)为手动或电动可变中性密度衰减片，用于调节激光功率。

3.根据权利要求1所述的利用偏振干涉测量二次谐波相位的显微成像系统，其特征在于，所述扫描聚焦模组(2)还包括：

XY扫描振镜(21)、扫描透镜(22)、套筒透镜(23)、二向色镜(24)及物镜(25)；所述XY扫描振镜(21)、扫描透镜(22)、套筒透镜(23)与物镜(25)组成4f光学系统，用于校正像差并实现激光面扫描；所述二向色镜(24)用于透射飞秒激光至物镜(25)并反射来自样品的二次谐波干涉信号至信号接收模组(4)。

4.根据权利要求3所述的扫描聚焦模组(2)，其特征在于：

所述扫描透镜(22)为远心扫描透镜，当入射光角度相对透镜光轴变化时，所述远心扫描透镜能生成平坦的像平面，用于消除光斑尺寸畸变；所述套筒透镜(23)为远心套筒透镜，用于激光扫描和宽场成像；所述扫描透镜(22)和所述套筒透镜(23)组成远心系统，通过所述XY扫描振镜(21)逐点扫描物平面。

5.根据权利要求1所述的利用偏振干涉测量二次谐波相位的显微成像系统，其特征在于，所述参考与待测样品模组(3)还包括：

直角型XYZR四轴位移台(31)、待测样品板(32)、参考样品板(33)及样品台(34)；所述直角型XYZR四轴位移台(31)，是通过三角板(312)将XYZ三轴位移台(311)、水平悬臂(313)及旋转位移台(314)固定组装组成，用于调整参考样品的空间位置及取向角；所述旋转位移台(314)安装于水平悬臂下方；所述待测样品板(32)，固定于旋转位移台(314)下方，由具有二次谐波偏振角度依赖性的材料构成，其二次谐波的偏振方向随参考样品取向角变化且强度保持恒定；所述样品台(34)为XYZ三轴位移台，用于固定参考样品板(33)并调节其位置，使待测样品与参考样品的二次谐波信号产生干涉。

6.根据权利要求5所述的参考与待测样品模组(3)，其特征在于：

所述直角型XYZR四轴位移台(31)中的XYZ三轴位移台为压电精密调节位移台；所述样品台(34)的Z轴为压电精密调节位移台。

7.根据权利要求5所述的参考与待测样品模组(3)，其特征在于：

所述待测样品板(32)的包含具有二次谐波偏振角度依赖性的材料，包括但不限于D_3h对称性的二维材料单晶薄膜。

8.根据权利要求5所述的参考与待测样品模组(3)，其特征在于：

所述旋转位移台(314)通过调整参考样品取向角，改变参考样品二次谐波偏振方向，使参考样品与待测样品二次谐波信号之间形成可控的偏振角度差，从而调制不同区域的成像对比度。

9.根据权利要求5所述的参考与待测样品模组(3)，其特征在于：

当所述待测样品(33)为沉积在透光衬底上的样品时，所述待测样品(33)可置于所述参考样品台(31)位置，所述参考样品板(32)可置于所述待测样品台(34)位置。

10.根据权利要求1所述的利用偏振干涉测量二次谐波相位的显微成像系统，其特征在于，所述信号接收模组(4)还包括：

物镜(25)、二向色镜(24)、第三透镜(41)、第四透镜(42)、光学滤光片(43)、收集透镜(44)和光电倍增管(45)；所述物镜(25)用于收集二次谐波干涉信号；所述二向色镜(24)用于透射基频激光并反射二次谐波信号；第三透镜(41)与第四透镜(42)构成缩束系统，用于在所述收集透镜(44)处形成光束扫描不动点，使在光束扫描的过程中，信号的收集效率保持一致；所述光学滤光片(43)，用于滤除非二次谐波波段噪声；所述收集透镜(44)将缩束后的二次谐波干涉信号聚焦至光电倍增管(45)的感光面，所述光电倍增管(45)，用于检测二次谐波信号强度。

11.根据权利要求1所述的利用偏振干涉测量二次谐波相位的显微成像系统，其特征在于，所述白光成像模块(5)，用于对样品进行定位及光学成像，包括：LED点光源(51)、准直透镜(52)、半透半反镜(53)、套筒透镜(54)、平面反射镜(55)、物镜(25)及CCD相机(56)；所述二次谐波成像模块与白光成像模块共用所述物镜(25)，通过切换位于物镜(25)上方的二向色镜(24)或平面反射镜(55)，实现二次谐波成像模式与白光成像模式的转换。

12.一种基于权利要求1-9任一所述系统进行的0-π相位反演结构测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.通过白光成像模块将参考样品与待测样品定位至视野中心；

S2.切换至二次谐波成像模块，调节激光功率及聚焦位置，使参考样品与待测样品表面均产生二次谐波信号；

S3.通过旋转位移台(314)改变参考样品的取向角，获取不同取向角的二次谐波干涉图像；当待测样品存在0-π相位反演结构时，旋转特定角度后，同一区域的成像对比度幅值保持稳定而明暗极性反转；若检测到该现象，则判定样品具有0-π相位反演结构。

13.根据权利要求10所述的方法，其特征在于：所述特定角度包括60°且可扩展至其他角度，所述明暗极性反转体现为对比度符号变化，其中对比度符号变化指明暗区域亮度关系反转。