光栅剪切波像差检测干涉仪及检测方法.pdf

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摘要
申请专利号:

CN201310261140.X

申请日:

2013.06.26

公开号:

CN103335731A

公开日:

2013.10.02

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情:

授权|||实质审查的生效IPC(主分类):G01J 9/02申请日:20130626|||公开

IPC分类号:

G01J9/02

主分类号:

G01J9/02

申请人:

中国科学院上海光学精密机械研究所

发明人:

李杰; 唐锋; 王向朝; 戴凤钊; 张敏

地址:

201800 上海市嘉定区800-211邮政信箱

优先权:

专利代理机构:

上海新天专利代理有限公司 31213

代理人:

张泽纯

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内容摘要

一种光栅剪切波像差检测干涉仪及检测方法,该干涉仪包括:光源,小孔光阑,周期相同、方向相互正交的第一光栅、第二光栅的光栅板、具有两个小孔光阑和两个方形光阑的光阑板和探测器。利用本发明光栅剪切波像差检测干涉仪检测待测系统的波像差,可消除差分波前的待测系统几何光程误差,提高待测系统的波像差检测准确度。

权利要求书

权利要求书
1.   一种光栅剪切波像差检测干涉仪,包括光源(1),沿该光源(1)光束传播方向依次是聚焦镜(2)、滤波小孔(3)、衍射光栅板(5)、光阑板(7)和二维光电传感器(9),所述的衍射光栅板(5)位于光栅位移台(6)上,所述的光阑板(7)置于光阑对准位移台(8)上,待测光学系统(4)置于所述的滤波小孔(3)和衍射光栅板(5)之间,所述的滤波小孔(3)位于聚焦镜(2)的后焦点上,并位于待测光学系统(4)的物方被测视场点上;所述的光阑板(7)位于待测光学系统(4)的后焦面上,所述的二维光电传感器(9)位于所述的待测光学系统(4)的像平面上;
所述的滤波小孔(3)是直径小于待测光学系统(4)物方分辨率的通光圆孔,其直径小于0.5λ/NAo,其中NAo是待测光学系统(4)的物方数值孔径;
所述的衍射光栅板(5)由周期T相同,光栅栅线沿Y方向的第一光栅(501)和光栅栅线沿X方向的第二光栅(502)组成,光栅周期T根据剪切率s、光源(1)的输出光的波长λ、待测光学系统(4)的像方数值孔径NA、二维光电传感器(9)的直径D和干涉条纹数目n按下式确定:
<mrow><MI>T</MI><MO>=</MO><MFRAC><MI>λD</MI><MROW><MN>2</MN><MI>sD</MI><MI>tan</MI><MROW><MO>(</MO><MI>arcsin</MI><MROW><MO>(</MO><MI>NA</MI><MO>)</MO></MROW><MO>)</MO></MROW><MO>-</MO><MI>nλ</MI></MROW></MFRAC><MO>&amp;ap;</MO><MFRAC><MI>λD</MI><MROW><MN>2</MN><MI>sDNA</MI><MO>-</MO><MI>nλ</MI></MROW></MFRAC></MROW>]]&gt;</MATH></MATHS><BR>所述的光栅位移台(6)是将第一光栅(501)和第二光栅(502)分别移入待测光学系统(4)像方光路,并分别带动第一光栅(501)和第二光栅(502)进行沿X方向和沿Y方向的1/4光栅周期步进运动的二维位移台;<BR>所述的光阑板(7)由第一小孔光阑(701)、第二小孔光阑(704)和第一方形光阑(702)、第二方形光阑(703)组成,光阑板上第一排从左到右依次为第一小孔光阑(701)、第一方形光阑(702),第二排从左到右依次为第二方形光阑(703)、第二小孔光阑(704),第一小孔光阑的中心、第一方形光阑东的中心、第二小孔光阑的中心、第二方形光阑的中心的顺次连线为正方形;<BR>所述的光阑对准位移台(8)是将第一光栅或第二光栅的0级或1级衍射光的聚焦点与光阑板的第一小孔光阑(701)或第二小孔光阑(704)对准,将另一级衍射光的聚焦点通过光阑板上第一方形光阑(702)或第二方形光阑(703)的XYZ三维位移台。<BR><BR>2.&nbsp;&nbsp; 根据权利要求1所述的光栅剪切波像差检测干涉仪,其特征在于,所述的二维光电传感器(9)是CCD、CMOS,或二维光电探测器阵列。<BR><BR>3.&nbsp;&nbsp; 利用权利要求1所述的光栅剪切波像差检测干涉仪进行波像差检测的方法,其特征在于该方法包含下列步骤:<BR>①将待测光学系统(4)置于所述的滤波小孔(3)和衍射光栅板(5)之间,所述的滤波小孔(3)位于聚焦镜(2)的后焦点上,并位于待测光学系统(4)的物方被测视场点上;所述的光阑板(7)位于待测光学系统(4)的后焦面上,所述的二维光电传感器(9)位于所述的待测光学系统(4)的像平面上,移动所述的光栅位移台(6),将第一光栅(501)移入待测光学系统(4)的像方光路;然后移动光阑对准位移台(8),将0级衍射光汇聚在第一小孔光阑(701)上,1级衍射光通过第一方形光阑(702);<BR>②光栅位移台(6)沿X方向移动光栅,移动4次,每次移动1/4光栅周期,每次移动后所述的二维光电传感器(9)记录一幅干涉图Ix1i,其中i=1,2,3,4;根据4副干涉图,进行相位提取,解包裹,得到差分波前ΔWx1;<BR>③沿Y方向移动所述的光阑板(5),将0级衍射光汇聚第二方形光阑(703);1级衍射光汇聚在第二小孔光阑(704);<BR>④所述的光栅位移台(6)沿X方向移动光栅,移动4次,每次移动1/4光栅周期,每次移动后所述的二维光电传感器(9)记录一幅干涉图Ix2i,其中i=1,2,3,4;根据4副干涉图,进行相位提取,解包裹,得到差分波前ΔWx2;<BR>⑤移动所述的光栅位移台(6),将第二光栅(502)移入待测光学系统像方光路;然后移动光阑对准位移台(8),将0级衍射光汇聚在第一小孔光阑(701)上,1级衍射光通过第二方形光阑(703);<BR>⑥所述的光栅位移台(6)沿Y方向移动光栅,移动4次,每次移动1/4光栅周期,每次移动后二维光电传感器记录一幅干涉图Iy1i,其中i=1,2,3,4;根据4副干涉图,进行相位提取,解包裹,得到差分波前ΔWy1;<BR>⑦沿X方向移动所述的光阑板(5),将0级衍射光汇聚第一方形光阑(702);1级衍射光汇聚在第二小孔光阑(704);<BR>⑧所述的光栅位移台(6)沿Y方向移动光栅,移动4次,每次移动1/4光栅周期,每次移动后二维光电传感器记录一幅干涉图Iy2i,其中i=1,2,3,4;根据4副干涉图,进行相位提取,解包裹,得到差分波前ΔWy2;<BR>⑨按下式计算待测光学系统的波像差:<BR>W(x,y)=Za<BR>其中,Z=[Z1,Z2,…,Zn],为ΔZ的广义逆矩阵,<BR><MATHS id=cmaths0002 num="0002"><MATH><![CDATA[<mrow><MI>ΔW</MI><MO>=</MO><MFENCED close="]" open="["><MTABLE><MTR><MTD><MI>Δ</MI><MSUB><MI>W</MI><MI>x</MI></MSUB></MTD></MTR><MTR><MTD><MSUB><MI>ΔW</MI><MI>y</MI></MSUB></MTD></MTR></MTABLE></MFENCED><MO>=</MO><MFENCED close="]" open="["><MTABLE><MTR><MTD><MSUB><MI>ΔW</MI><MROW><MI>x</MI><MN>1</MN></MROW></MSUB><MO>-</MO><MSUB><MI>ΔW</MI><MROW><MI>x</MI><MN>2</MN></MROW></MSUB></MTD></MTR><MTR><MTD><MSUB><MI>ΔW</MI><MROW><MI>y</MI><MN>1</MN></MROW></MSUB><MO>-</MO><MSUB><MI>ΔW</MI><MROW><MI>y</MI><MN>2</MN></MROW></MSUB></MTD></MTR></MTABLE></MFENCED><MO>,</MO></MROW>]]&gt;</MATH></MATHS><MATHS id=cmaths0003 num="0003"><MATH><![CDATA[<mrow><MI>ΔZ</MI><MO>=</MO><MFENCED close="]" open="["><MTABLE><MTR><MTD><MSUB><MI>ΔZ</MI><MI>x</MI></MSUB></MTD></MTR><MTR><MTD><MSUB><MI>ΔZ</MI><MI>y</MI></MSUB></MTD></MTR></MTABLE></MFENCED><MO>,</MO></MROW>]]&gt;</MATH></MATHS><BR><MATHS id=cmaths0004 num="0004"><MATH><![CDATA[<mrow><MFENCED close="" 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</div> </div> <div class="zlzy"> <div class="zltitle">说明书</div> <div class="gdyy"> <div class="gdyy_show"><p>说明书光栅剪切波像差检测干涉仪及检测方法 <BR>技术领域 <BR>本发明涉及光栅剪切干涉仪,特别是一种光栅剪切波像差检测干涉仪及检测方法。 <BR>背景技术 <BR>光栅剪切干涉仪是一种重要的波前传感器形式,具有结构简单、不需要单独的参考波面、易实现共光路干涉、抗环境干扰等优点。光栅剪切干涉仪有几何光程误差、光栅衍射误差、光栅位置偏移以及探测器倾斜等系统误差,影响波前检测精度;特别是对于高精度光学系统波像差检测应用,被测系统具有一定数值孔径(NA),被测波像差本身达到几个nm&nbsp;RMS,有可能远小于系统误差,消除系统误差是光栅剪切干涉仪应用于高精度光学系统波像差检测的前提。 <BR>目前光栅剪切干涉仪主要是在光栅衍射焦点处加窗,消除0级、1级以外的衍射光和采用双光栅结构消除光源的像差(参见在先技术1,Zhiqiang&nbsp;Liu,Kasumi&nbsp;Sugisaki,Yucong&nbsp;Zhu,et&nbsp;al,“Double‑Grating&nbsp;Lateral&nbsp;Shearing&nbsp;Interferometer&nbsp;for&nbsp;Extreme&nbsp;Ultraviolet&nbsp;Lithography”,Japanese&nbsp;Journal&nbsp;of&nbsp;Applied&nbsp;Physics&nbsp;Vol.43,No.6B,2004,pp.3718–3721),双光栅位置处于共轭位置,采用多个光阑进行衍射光级次的选择。光栅位置变化影响几何光程误差,进而影响干涉图样相位分布,剪切干涉难以实现波前高精度检测(参见在先技术2,Zhiqiang&nbsp;Liu,Kasumi&nbsp;Sugisaki,Mikihiko&nbsp;Ishii,et&nbsp;al,“Astigmatism&nbsp;Measurement&nbsp;by&nbsp;Lateral&nbsp;Shearing&nbsp;Interferometer”,J.Vac.Sci.Technol.B22(6),Nov/Dec2004),采用旋转光栅进行四个方向测量消除部分几何光程误差对像散的影响。在横向剪切中虚拟焦点的间距严重影响测量结果(参见在先技术3,Ryan&nbsp;Miyakawa,Patrick&nbsp;Naulleau,“Lateral&nbsp;Shearing&nbsp;Interferometry&nbsp;for&nbsp;High‑resolution&nbsp;EUV&nbsp;Optical&nbsp;Testing”,Proc.of&nbsp;SPIE&nbsp;Vol.7969,796939‑1@2011&nbsp;SPIE),通过设定光栅周期以及光栅‑探测器二者间距,进行预先计算等方法消除几何光程误差。以上方法虽然可以实现测量精度的提高,由于几何光程误差依旧存在,或根据预先设定相应数据进行理论计算的方法,从实验得到的数据中减去理论上的几何光程误差,仍未根据实际情况进行几何光程误差的消除,残余的几何光程误差较大。 <BR>发明内容 <BR>本发明的目的在于克服上述在先技术的不足,提供一种光栅剪切波像差检测干涉仪及检测方法。该干涉仪可消除差分波前的待测系统几何光程误差,提高待测系统的波像差检测准确度。 <BR>本发明的技术解决方案如下: <BR>一种光栅剪切波像差检测干涉仪,包括光源,沿该光源光束传播方向依次是聚焦镜、滤波小孔、衍射光栅板、光阑板和二维光电传感器,所述的衍射光栅板位于光栅位移台上,所述的光阑板置于光阑对准位移台上,待测光学系统置于所述的滤波小孔和衍射光栅板之间,所述的滤波小孔位于聚焦镜的后焦点上,并位于待测光学系统的物方被测视场点上;所述的光阑板位于待测光学系统的后焦面上,所述的二维光电传感器位于所述的待测光学系统的像平面上; <BR>所述的滤波小孔是直径小于待测光学系统物方分辨率的通光圆孔,其直径小于0.5λ/NAo,其中NAo是待测光学系统的物方数值孔径; <BR>所述的衍射光栅板由周期T相同,光栅栅线沿Y方向的第一光栅和光栅栅线沿X方向的第二光栅组成,光栅周期T根据剪切率s、光源的输出光的波长λ、待测光学系统的像方数值孔径NA、二维光电传感器的直径D和干涉条纹数目n按下式确定: <BR><MATHS num="0001"><MATH><![CDATA[ <mrow><MI>T</MI> <MO>=</MO> <MFRAC><MI>λD</MI> <MROW><MN>2</MN> <MI>sD</MI> <MI>tan</MI> <MROW><MO>(</MO> <MI>arcsin</MI> <MROW><MO>(</MO> <MI>NA</MI> <MO>)</MO> </MROW><MO>)</MO> </MROW><MO>-</MO> <MI>nλ</MI> </MROW></MFRAC><MO>&amp;ap;</MO> <MFRAC><MI>λD</MI> <MROW><MN>2</MN> <MI>sDNA</MI> <MO>-</MO> <MI>nλ</MI> </MROW></MFRAC></MROW>]]&gt;</MATH></MATHS> <BR>所述的光栅位移台是将第一光栅和第二光栅分别移入待测光学系统像方光路,并分别带动第一光栅和第二光栅进行沿X方向和沿Y方向的1/4光栅周期步进运动的二维位移台; <BR>所述的光阑板由第一小孔光阑、第二小孔光阑和第一方形光阑、第二方形光阑组成,光阑板上第一排从左到右依次为第一小孔光阑、第一方形光阑,第二排从左到右依次为第二方形光阑、第二小孔光阑,第一小孔光阑的中心、第一方形光阑东的中心、第二小孔光阑的中心、第二方形光阑的中心的顺次连线为正方形; <BR>所述的光阑对准位移台是将第一光栅或第二光栅的0级或1级衍射光的聚焦点与光阑板的第一小孔光阑或第二小孔光阑对准,将另一级衍射光的聚焦点通过光阑板上第一方形光阑或第二方形光阑的XYZ三维位移台。 <BR>所述的二维光电传感器是CCD、CMOS,或二维光电探测器阵列。 <BR>利用上述的光栅剪切波像差检测干涉仪进行波像差检测的方法,其特征在于该方法包含下列步骤: <BR>①将待测光学系统置于所述的滤波小孔和衍射光栅板之间,所述的滤波小孔位于聚焦镜的后焦点上,并位于待测光学系统的物方被测视场点上;所述的光阑板位于待测光学系统的后焦面上,所述的二维光电传感器位于所述的待测光学系统的像平面上,移动所述的光栅位移台,将第一光栅移入待测光学系统的像方光路;然后移动光阑对准位移台,将0级衍射光汇聚在第一小孔光阑上,1级衍射光通过第一方形光阑; <BR>②所述的光栅位移台沿X方向移动光栅,移动4次,每次移动1/4光栅周期,每次移动后所述的二维光电传感器记录一幅干涉图Ix1i,其中i=1,2,3,4;根据4副干涉图,进行相位提取,解包裹,得到差分波前ΔWx1; <BR>③沿Y方向移动所述的光阑板,将0级衍射光汇聚第二方形光阑;1级衍射光汇聚在第二小孔光阑; <BR>④所述的光栅位移台沿X方向移动光栅,移动4次,每次移动1/4光栅周期,每次移动后所述的二维光电传感器记录一幅干涉图Ix2i,其中i=1,2,3,4;根据4副干涉图,进行相位提取,解包裹,得到差分波前ΔWx2; <BR>⑤移动所述的光栅位移台,将第二光栅移入待测光学系统像方光路;然后移动光阑对准位移台,将0级衍射光汇聚在第一小孔光阑上,1级衍射光通过光第二方形光阑; <BR>⑥所述的光栅位移台沿Y方向移动光栅,移动4次,每次移动1/4光栅周期,每次移动后二维光电传感器记录一幅干涉图Iy1i,其中i=1,2,3,4;根据4副干涉图,进行相位提取,解包裹,得到差分波前ΔWy1; <BR>⑦沿X方向移动所述的光阑板,将0级衍射光汇聚在第一方形光阑;1级衍射光汇聚在第二小孔光阑; <BR>⑧所述的光栅位移台沿Y方向移动光栅,移动4次,每次移动1/4光栅周期,每次移动后二维光电传感器记录一幅干涉图Iy2i,其中i=1,2,3,4;根据4副干涉图,进行相位提取,解包裹,得到差分波前ΔWy2; <BR>⑨按下式计算待测光学系统的波像差: <BR>W(x,y)=Za <BR>其中,Z=[Z1,Z2,…,Zn],为ΔZ的广义逆矩阵, <BR><MATHS num="0002"><MATH><![CDATA[ <mrow><MI>ΔW</MI> <MO>=</MO> <MFENCED close="]" open="["><MTABLE><MTR><MTD><MI>Δ</MI> <MSUB><MI>W</MI> <MI>x</MI> </MSUB></MTD></MTR><MTR><MTD><MSUB><MI>ΔW</MI> <MI>y</MI> </MSUB></MTD></MTR></MTABLE></MFENCED><MO>=</MO> <MFENCED close="]" open="["><MTABLE><MTR><MTD><MSUB><MI>ΔW</MI> <MROW><MI>x</MI> <MN>1</MN> </MROW></MSUB><MO>-</MO> <MSUB><MI>ΔW</MI> <MROW><MI>x</MI> <MN>2</MN> </MROW></MSUB></MTD></MTR><MTR><MTD><MSUB><MI>ΔW</MI> <MROW><MI>y</MI> <MN>1</MN> </MROW></MSUB><MO>-</MO> <MSUB><MI>ΔW</MI> <MROW><MI>y</MI> <MN>2</MN> </MROW></MSUB></MTD></MTR></MTABLE></MFENCED><MO>,</MO> </MROW>]]&gt;</MATH></MATHS><MATHS num="0003"><MATH><![CDATA[ <mrow> <MI>ΔZ</MI> <MO>=</MO> <MFENCED close="]" 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<BR>ΔWx1‑ΔWx2=W(x+s,y)+W(x,y)+OPDx1‑OPDx2&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&lt;3&gt; <BR>两次测量小孔光阑的中心与方形光阑的中心间距不发生变化,第一小孔光阑701与第一方形光阑702之间的中心距离、第二方形光阑703与第二小孔光阑704之间的中心距离,二者相等,则几何光程误差OPDx1=OPDx2,X方向波前测量表示为: <BR>ΔWx1‑ΔWx2=W(x+s,y)+W(x,y)&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&lt;4&gt; <BR>同理,Y方向波前测量表示为: <BR>ΔWy1‑ΔWy2=W(x,y+s)+W(x,y)&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&lt;5&gt; <BR>公式&lt;4&gt;、&lt;5&gt;处理数据,使用&lt;6&gt;求解待测光学系统的波像差: <BR>W(x,y)=Za&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&lt;6&gt; <BR>其中,Z=[Z1,Z2,…,Zn],为ΔZ的广义逆矩阵, <BR><MATHS num="0005"><MATH><![CDATA[ <mrow><MI>ΔW</MI> <MO>=</MO> <MFENCED close="]" open="["><MTABLE><MTR><MTD><MI>Δ</MI> <MSUB><MI>W</MI> <MI>x</MI> </MSUB></MTD></MTR><MTR><MTD><MSUB><MI>ΔW</MI> <MI>y</MI> </MSUB></MTD></MTR></MTABLE></MFENCED><MO>=</MO> <MFENCED close="]" open="["><MTABLE><MTR><MTD><MSUB><MI>ΔW</MI> <MROW><MI>x</MI> <MN>1</MN> </MROW></MSUB><MO>-</MO> <MSUB><MI>ΔW</MI> <MROW><MI>x</MI> <MN>2</MN> </MROW></MSUB></MTD></MTR><MTR><MTD><MSUB><MI>ΔW</MI> <MROW><MI>y</MI> <MN>1</MN> </MROW></MSUB><MO>-</MO> <MSUB><MI>ΔW</MI> <MROW><MI>y</MI> <MN>2</MN> </MROW></MSUB></MTD></MTR></MTABLE></MFENCED><MO>,</MO> </MROW>]]&gt;</MATH></MATHS><MATHS num="0006"><MATH><![CDATA[ <mrow> <MI>ΔZ</MI> <MO>=</MO> <MFENCED close="]" open="["><MTABLE><MTR><MTD><MSUB><MI>ΔZ</MI> <MI>x</MI> </MSUB></MTD></MTR><MTR><MTD><MSUB><MI>ΔZ</MI> <MI>y</MI> </MSUB></MTD></MTR></MTABLE></MFENCED><MO>,</MO> </MROW>]]&gt;</MATH></MATHS> <BR><MATHS num="0007"><MATH><![CDATA[ <mrow><MFENCED close="" open=""><MTABLE><MTR><MTD><MSUB><MI>ΔZ</MI> <MI>x</MI> </MSUB><MO>=</MO> <MO>[</MO> <MSUB><MI>Z</MI> <MN>1</MN> </MSUB><MROW><MO>(</MO> <MI>x</MI> 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<BR>2.与在先技术[3]相比,本发明在实验中消除不同级次衍射光汇聚点分离所引入的几何光程误差,无残余几何光程误差,提高波像差测量精度和准确度。 <BR>附图说明 <BR>图1是本发明光栅剪切波像差检测干涉仪光路图; <BR>图2是本发明的滤波小孔的示意图; <BR>图3是本发明衍射光栅板的结构示意图; <BR>图4是本发明光阑板的结构示意图; <BR>具体实施方式 <BR>下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明,但不应以此实施例限制本发明的保护范围。 <BR>先请参阅图1,图1是本发明光栅剪切波像差检测干涉仪光路图,由图可见,本发明光栅剪切波像差检测干涉仪,包括光源1,沿该光源1光束传播方向依次是聚焦镜2、滤波小孔3、衍射光栅板5、光阑板7和二维光电传感器9,所述的衍射光栅板5位于光栅位移台6上,所述的光阑板7置于光阑对准位移台8上,待测光学系统4置于所述的滤波小孔3和衍射光栅板5之间,所述的滤波小孔3位于聚焦镜2的后焦点上,并位于待测光学系统4的物方被测视场点上;所述的光阑板7位于待测光学系统4的后焦面上,所述的二维光电传感器9位于所述的待测光学系统4的像平面上; <BR>所述的滤波小孔(参见图2)3是直径小于待测光学系统4物方分辨率的通光圆孔,其直径小于0.5λ/NAo,其中NAo是待测光学系统4的物方数值孔径; <BR>所述的衍射光栅板(参见图3)5由周期T相同,光栅栅线沿Y方向的第一光栅501和光栅栅线沿X方向的第二光栅502组成,光栅周期T根据剪切率s、光源1的输出光的波长λ、待测光学系统4的像方数值孔径NA、二维光电传感器9的直径D和干涉条纹数目n按下式确定: <BR><MATHS num="0008"><MATH><![CDATA[ <mrow><MI>T</MI> <MO>=</MO> <MFRAC><MI>λD</MI> <MROW><MN>2</MN> <MI>sD</MI> <MI>tan</MI> <MROW><MO>(</MO> <MI>arcsin</MI> <MROW><MO>(</MO> <MI>NA</MI> <MO>)</MO> </MROW><MO>)</MO> </MROW><MO>-</MO> <MI>nλ</MI> </MROW></MFRAC><MO>&amp;ap;</MO> <MFRAC><MI>λD</MI> <MROW><MN>2</MN> <MI>sDNA</MI> <MO>-</MO> <MI>nλ</MI> </MROW></MFRAC></MROW>]]&gt;</MATH></MATHS> <BR>所述的光栅位移台6是将第一光栅501和第二光栅502分别移入待测光学系统4像方光路,并分别带动第一光栅501和第二光栅502进行沿X方向和沿Y方向的1/4光栅周期步进运动的二维位移台; <BR>请参见图4,所述的光阑板7由第一小孔光阑701、第二小孔光阑704和第一方形光阑702、第二方形光阑703组成,光阑板上第一排从左到右依次为第一小孔光阑701、第一方形光阑702,第二排从左到右依次为第二方形光阑703、第二小孔光阑(704),第一小孔光阑的中心、第一方形光阑的中心、第二小孔光阑的中心、第二方形光阑的中心的顺次连线为正方形; <BR>所述的光阑对准位移台8是将第一光栅或第二光栅的0级或1级衍射光的聚焦点与光阑板的第一小孔光阑701或第二小孔光阑704对准,将另一级衍射光的聚焦点通过光阑板上第一方形光阑702或第二方形光阑703的XYZ三维位移台。 <BR>所述的二维光电传感器9是CCD、CMOS,或二维光电探测器阵列。 <BR>本实施例:光源1波长为633nm,待测光学系统4的像方数值孔径为0.3时,所述的光栅剪切波像差检测干涉仪可采用下面的参数,第一光栅501、第二光栅502的光栅周期取33μm,滤波小孔3的直径取1μm。 <BR>利用上述光栅剪切波像差检测干涉仪进行波像差检测的方法,该方法包含下列步骤: <BR>①将待测光学系统4置于所述的滤波小孔3和衍射光栅板5之间,所述的滤波小孔3位于聚焦镜2的后焦点上,并位于待测光学系统4的物方被测视场点上;所述的光阑板7位于待测光学系统4的后焦面上,所述的二维光电传感器9位于所述的待测光学系统4的像平面上,移动所述的光栅位移台6,将第一光栅501移入待测光学系统4的像方光路;然后移动光阑对准位移台8,将0级衍射光汇聚在第一小孔光阑701上,1级衍射光通过第一方形光阑702; <BR>②光栅位移台6沿X方向移动光栅,移动4次,每次移动1/4光栅周期,每次移动后所述的二维光电传感器9记录一幅干涉图Ix1i,其中i=1,2,3,4;根据4副干涉图,进行相位提取,解包裹,得到差分波前ΔWx1; <BR>③沿Y方向移动所述的光阑板5)将0级衍射光汇聚第二方形光阑703;1级衍射光汇聚在第二小孔光阑704; <BR>④所述的光栅位移台6沿X方向移动光栅,移动4次,每次移动1/4光栅周期,每次移动后所述的二维光电传感器9记录一幅干涉图Ix2i,其中i=1,2,3,4;根据4副干涉图,进行相位提取,解包裹,得到差分波前ΔWx2; <BR>⑤移动所述的光栅位移台6,将第二光栅(502)移入待测光学系统像方光路;然后移动光阑对准位移台8,将0级衍射光汇聚在第一小孔光阑701上,1级衍射光通过光第二方形光阑703; <BR>⑥所述的光栅位移台6沿Y方向移动光栅,移动4次,每次移动1/4光栅周期,每次移动后二维光电传感器记录一幅干涉图Iy1i,其中i=1,2,3,4;根据4副干涉图,进行相位提取,解包裹,得到差分波前ΔWy1; <BR>⑦沿X方向移动所述的光阑板5,将0级衍射光汇聚第一方形光阑702;1级衍射光汇聚在第二小孔光阑704; <BR>⑧所述的光栅位移台6沿Y方向移动光栅,移动4次,每次移动1/4光栅周期,每次移动后二维光电传感器记录一幅干涉图Iy2i,其中i=1,2,3,4;根据4副干涉图,进行相位提取,解包裹,得到差分波前ΔWy2; <BR>⑨按下式计算待测光学系统的波像差: <BR>W(x,y)=Za <BR>其中,Z=[Z1,Z2,…,Zn],为ΔZ的广义逆矩阵, <BR><MATHS num="0009"><MATH><![CDATA[ <mrow><MI>ΔW</MI> <MO>=</MO> <MFENCED close="]" open="["><MTABLE><MTR><MTD><MI>Δ</MI> <MSUB><MI>W</MI> <MI>x</MI> </MSUB></MTD></MTR><MTR><MTD><MSUB><MI>ΔW</MI> <MI>y</MI> </MSUB></MTD></MTR></MTABLE></MFENCED><MO>=</MO> <MFENCED close="]" open="["><MTABLE><MTR><MTD><MSUB><MI>ΔW</MI> <MROW><MI>x</MI> <MN>1</MN> </MROW></MSUB><MO>-</MO> <MSUB><MI>ΔW</MI> 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src='https://img.zhuanlichaxun.net/fileroot3/2019-3/18/b04bd5c6-f909-4184-9ab5-65300c9d68e4/b04bd5c6-f909-4184-9ab5-65300c9d68e41.gif' alt="光栅剪切波像差检测干涉仪及检测方法.pdf_第1页" width='100%'/></div><div class="pageSize">第1页 / 共10页</div> <div class="page"><img src='https://img.zhuanlichaxun.net/fileroot3/2019-3/18/b04bd5c6-f909-4184-9ab5-65300c9d68e4/b04bd5c6-f909-4184-9ab5-65300c9d68e42.gif' alt="光栅剪切波像差检测干涉仪及检测方法.pdf_第2页" width='100%'/></div><div class="pageSize">第2页 / 共10页</div> <div class="page"><img src='https://img.zhuanlichaxun.net/fileroot3/2019-3/18/b04bd5c6-f909-4184-9ab5-65300c9d68e4/b04bd5c6-f909-4184-9ab5-65300c9d68e43.gif' alt="光栅剪切波像差检测干涉仪及检测方法.pdf_第3页" width='100%'/></div><div class="pageSize">第3页 / 共10页</div> </div> <div id="pageMore" class="btnmore" onclick="ShowSvg();">点击查看更多>></div> <div style="margin-top:20px; line-height:0px; height:0px; overflow:hidden;"> <div style=" font-size: 16px; background-color:#e5f0f7; font-weight: bold; text-indent:10px; line-height: 40px; height:40px; padding-bottom: 0px; margin-bottom:10px;">资源描述</div> <div class="detail-article prolistshowimg"> <p>《光栅剪切波像差检测干涉仪及检测方法.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《光栅剪切波像差检测干涉仪及检测方法.pdf(10页珍藏版)》请在专利查询网上搜索。</p> <p >1、(10)申请公布号 CN 103335731 A (43)申请公布日 2013.10.02 CN 103335731 A *CN103335731A* (21)申请号 201310261140.X (22)申请日 2013.06.26 G01J 9/02(2006.01) (71)申请人 中国科学院上海光学精密机械研究 所 地址 201800 上海市嘉定区 800 211 邮政 信箱 (72)发明人 李杰 唐锋 王向朝 戴凤钊 张敏 (74)专利代理机构 上海新天专利代理有限公司 31213 代理人 张泽纯 (54) 发明名称 光栅剪切波像差检测干涉仪及检测方法 (57) 摘要 一种光栅剪切波。</p> <p >2、像差检测干涉仪及检测方 法, 该干涉仪包括 : 光源, 小孔光阑, 周期相同、 方 向相互正交的第一光栅、 第二光栅的光栅板、 具有 两个小孔光阑和两个方形光阑的光阑板和探测 器。利用本发明光栅剪切波像差检测干涉仪检测 待测系统的波像差, 可消除差分波前的待测系统 几何光程误差, 提高待测系统的波像差检测准确 度。 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 6 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书6页 附图1页 (10)申请公布号 CN 103335731 A CN 103335731 A *CN103335731A* 。</p> <p >3、1/2 页 2 1. 一种光栅剪切波像差检测干涉仪, 包括光源 (1) , 沿该光源 (1) 光束传播方向依次是 聚焦镜 (2) 、 滤波小孔 (3) 、 衍射光栅板 (5) 、 光阑板 (7) 和二维光电传感器 (9) , 所述的衍射 光栅板 (5) 位于光栅位移台 (6) 上, 所述的光阑板 (7) 置于光阑对准位移台 (8) 上, 待测光 学系统 (4) 置于所述的滤波小孔 (3) 和衍射光栅板 (5) 之间, 所述的滤波小孔 (3) 位于聚焦 镜 (2) 的后焦点上, 并位于待测光学系统 (4) 的物方被测视场点上 ; 所述的光阑板 (7) 位于 待测光学系统 (4) 的后焦面上, 所。</p> <p >4、述的二维光电传感器 (9) 位于所述的待测光学系统 (4) 的 像平面上 ; 所述的滤波小孔 (3) 是直径小于待测光学系统 (4) 物方分辨率的通光圆孔, 其直径小 于 0.5/NAo, 其中 NAo 是待测光学系统 (4) 的物方数值孔径 ; 所述的衍射光栅板 (5) 由周期 T 相同, 光栅栅线沿 Y 方向的第一光栅 (501) 和光栅栅线 沿 X 方向的第二光栅 (502) 组成, 光栅周期 T 根据剪切率 s、 光源 (1) 的输出光的波长 、 待 测光学系统 (4) 的像方数值孔径 NA、 二维光电传感器 (9) 的直径 D 和干涉条纹数目 n 按下 式确定 : 所述的光栅位移台 。</p> <p >5、(6) 是将第一光栅 (501) 和第二光栅 (502) 分别移入待测光学系统 (4) 像方光路, 并分别带动第一光栅 (501) 和第二光栅 (502) 进行沿 X 方向和沿 Y 方向的 1/4 光栅周期步进运动的二维位移台 ; 所述的光阑板 (7) 由第一小孔光阑 (701) 、 第二小孔光阑 (704) 和第一方形光阑 (702) 、 第二方形光阑 (703) 组成, 光阑板上第一排从左到右依次为第一小孔光阑 (701) 、 第一方形 光阑 (702) , 第二排从左到右依次为第二方形光阑 (703) 、 第二小孔光阑 (704) , 第一小孔光 阑的中心、 第一方形光阑东的中心、 第二。</p> <p >6、小孔光阑的中心、 第二方形光阑的中心的顺次连线 为正方形 ; 所述的光阑对准位移台 (8) 是将第一光栅或第二光栅的 0 级或 1 级衍射光的聚焦点与 光阑板的第一小孔光阑 (701) 或第二小孔光阑 (704) 对准, 将另一级衍射光的聚焦点通过 光阑板上第一方形光阑 (702) 或第二方形光阑 (703) 的 XYZ 三维位移台。 2. 根据权利要求 1 所述的光栅剪切波像差检测干涉仪, 其特征在于, 所述的二维光电 传感器 (9) 是 CCD、 CMOS, 或二维光电探测器阵列。 3. 利用权利要求 1 所述的光栅剪切波像差检测干涉仪进行波像差检测的方法, 其特征 在于该方法包含下列步骤。</p> <p >7、 : 将待测光学系统 (4) 置于所述的滤波小孔 (3) 和衍射光栅板 (5) 之间, 所述的滤波 小孔 (3) 位于聚焦镜 (2) 的后焦点上, 并位于待测光学系统 (4) 的物方被测视场点上 ; 所述 的光阑板 (7) 位于待测光学系统 (4) 的后焦面上, 所述的二维光电传感器 (9) 位于所述的 待测光学系统 (4) 的像平面上, 移动所述的光栅位移台 (6) , 将第一光栅 (501) 移入待测光 学系统 (4) 的像方光路 ; 然后移动光阑对准位移台 (8) , 将 0 级衍射光汇聚在第一小孔光阑 (701) 上, 1 级衍射光通过第一方形光阑 (702) ; 光栅位移台 (6) 。</p> <p >8、沿 X 方向移动光栅, 移动 4 次, 每次移动 1/4 光栅周期, 每次移动后 所述的二维光电传感器 (9) 记录一幅干涉图 Ix1i, 其中 i=1,2,3,4 ; 根据 4 副干涉图, 进行 相位提取, 解包裹, 得到差分波前 Wx1; 权 利 要 求 书 CN 103335731 A 2 2/2 页 3 沿 Y 方向移动所述的光阑板 (5) , 将 0 级衍射光汇聚第二方形光阑 (703) ; 1 级衍射光 汇聚在第二小孔光阑 (704) ; 所述的光栅位移台 (6) 沿 X 方向移动光栅, 移动 4 次, 每次移动 1/4 光栅周期, 每次 移动后所述的二维光电传感器 (9) 记录一。</p> <p >9、幅干涉图Ix2i, 其中i=1,2,3,4 ; 根据4副干涉图, 进行相位提取, 解包裹, 得到差分波前 Wx2; 移动所述的光栅位移台 (6) , 将第二光栅 (502) 移入待测光学系统像方光路 ; 然后移 动光阑对准位移台 (8) , 将0级衍射光汇聚在第一小孔光阑 (701) 上, 1级衍射光通过第二方 形光阑 (703) ; 所述的光栅位移台 (6) 沿 Y 方向移动光栅, 移动 4 次, 每次移动 1/4 光栅周期, 每次 移动后二维光电传感器记录一幅干涉图 Iy1i, 其中 i=1,2,3,4 ; 根据 4 副干涉图, 进行相位 提取, 解包裹, 得到差分波前 Wy1; 沿 X 。</p> <p >10、方向移动所述的光阑板 (5) , 将 0 级衍射光汇聚第一方形光阑 (702) ; 1 级衍射光 汇聚在第二小孔光阑 (704) ; 所述的光栅位移台 (6) 沿 Y 方向移动光栅, 移动 4 次, 每次移动 1/4 光栅周期, 每次 移动后二维光电传感器记录一幅干涉图 Iy2i, 其中 i=1,2,3,4 ; 根据 4 副干涉图, 进行相位 提取, 解包裹, 得到差分波前 Wy2; 按下式计算待测光学系统的波像差 : W(x,y) Za 其中, Z Z1,Z2,Zn,为 Z 的广义逆矩阵, Zn为待测光学系统波像差的 Zernike 多项式, n为 Zernike 多项式的系数, n 为正整。</p> <p >11、 数, 符号 T表示矩阵 的转置矩阵 ; Wx1为 X 方向第一次检测的差分波前, Wx2为 Y 方 向第二次检测的差分波前 ; Wy1为 Y 方向第一次检测的差分波前, Wy2为 Y 方向第二次检 测的差分波前。 权 利 要 求 书 CN 103335731 A 3 1/6 页 4 光栅剪切波像差检测干涉仪及检测方法 技术领域 0001 本发明涉及光栅剪切干涉仪, 特别是一种光栅剪切波像差检测干涉仪及检测方 法。 背景技术 0002 光栅剪切干涉仪是一种重要的波前传感器形式, 具有结构简单、 不需要单独的参 考波面、 易实现共光路干涉、 抗环境干扰等优点。光栅剪切干涉仪有几何光程误差、 光栅。</p> <p style='height:0px;padding:0;margin:0;overflow:hidden'>12、衍 射误差、 光栅位置偏移以及探测器倾斜等系统误差, 影响波前检测精度 ; 特别是对于高精度 光学系统波像差检测应用, 被测系统具有一定数值孔径 (NA), 被测波像差本身达到几个 nm RMS, 有可能远小于系统误差, 消除系统误差是光栅剪切干涉仪应用于高精度光学系统波像 差检测的前提。 0003 目前光栅剪切干涉仪主要是在光栅衍射焦点处加窗, 消除 0 级、 1 级以外的 衍射光和采用双光栅结构消除光源的像差 (参见在先技术 1, Zhiqiang Liu,Kasumi Sugisaki,Yucong Zhu,et al,“Double-Grating Lateral Shearing I。</p> <p style='height:0px;padding:0;margin:0;overflow:hidden'>13、nterferometer for Extreme Ultraviolet Lithography” ,Japanese Journal of Applied Physics Vol.43,No.6B,2004,pp.37183721) , 双光栅位置处于共轭位置, 采用多个光阑进行衍射 光级次的选择。光栅位置变化影响几何光程误差, 进而影响干涉图样相位分布, 剪切干涉 难以实现波前高精度检测 (参见在先技术 2, Zhiqiang Liu,Kasumi Sugisaki, Mikihiko Ishii,et al,“Astigmatism Measurement by Lateral She。</p> <p style='height:0px;padding:0;margin:0;overflow:hidden'>14、aring Interferometer” , J.Vac.Sci.Technol.B22(6),Nov/Dec2004) , 采用旋转光栅进行四个方向测量消除部分 几何光程误差对像散的影响。在横向剪切中虚拟焦点的间距严重影响测量结果 (参见 在 先 技 术 3, Ryan Miyakawa,Patrick Naulleau,“Lateral Shearing Interferometry for High-resolution EUV Optical Testing” , Proc.of SPIE Vol.7969,796939-12011 SPIE) , 通过设定光栅周期以及光栅 - 探测。</p> <p style='height:0px;padding:0;margin:0;overflow:hidden'>15、器二者间距, 进行预先计算等方法消除几何光程 误差。 以上方法虽然可以实现测量精度的提高, 由于几何光程误差依旧存在, 或根据预先设 定相应数据进行理论计算的方法, 从实验得到的数据中减去理论上的几何光程误差, 仍未 根据实际情况进行几何光程误差的消除, 残余的几何光程误差较大。 发明内容 0004 本发明的目的在于克服上述在先技术的不足, 提供一种光栅剪切波像差检测干涉 仪及检测方法。该干涉仪可消除差分波前的待测系统几何光程误差, 提高待测系统的波像 差检测准确度。 0005 本发明的技术解决方案如下 : 0006 一种光栅剪切波像差检测干涉仪, 包括光源, 沿该光源光束传播方向依次是聚焦 。</p> <p style='height:0px;padding:0;margin:0;overflow:hidden'>16、镜、 滤波小孔、 衍射光栅板、 光阑板和二维光电传感器, 所述的衍射光栅板位于光栅位移台 上, 所述的光阑板置于光阑对准位移台上, 待测光学系统置于所述的滤波小孔和衍射光栅 说 明 书 CN 103335731 A 4 2/6 页 5 板之间, 所述的滤波小孔位于聚焦镜的后焦点上, 并位于待测光学系统的物方被测视场点 上 ; 所述的光阑板位于待测光学系统的后焦面上, 所述的二维光电传感器位于所述的待测 光学系统的像平面上 ; 0007 所述的滤波小孔是直径小于待测光学系统物方分辨率的通光圆孔, 其直径小于 0.5/NAo, 其中 NAo 是待测光学系统的物方数值孔径 ; 0008 所述的衍射光。</p> <p style='height:0px;padding:0;margin:0;overflow:hidden'>17、栅板由周期 T 相同, 光栅栅线沿 Y 方向的第一光栅和光栅栅线沿 X 方向的第二光栅组成, 光栅周期 T 根据剪切率 s、 光源的输出光的波长 、 待测光学系统的 像方数值孔径 NA、 二维光电传感器的直径 D 和干涉条纹数目 n 按下式确定 : 0009 0010 所述的光栅位移台是将第一光栅和第二光栅分别移入待测光学系统像方光路, 并 分别带动第一光栅和第二光栅进行沿 X 方向和沿 Y 方向的 1/4 光栅周期步进运动的二维位 移台 ; 0011 所述的光阑板由第一小孔光阑、 第二小孔光阑和第一方形光阑、 第二方形光阑组 成, 光阑板上第一排从左到右依次为第一小孔光阑、 第一方形光阑, 。</p> <p style='height:0px;padding:0;margin:0;overflow:hidden'>18、第二排从左到右依次为 第二方形光阑、 第二小孔光阑, 第一小孔光阑的中心、 第一方形光阑东的中心、 第二小孔光 阑的中心、 第二方形光阑的中心的顺次连线为正方形 ; 0012 所述的光阑对准位移台是将第一光栅或第二光栅的0级或1级衍射光的聚焦点与 光阑板的第一小孔光阑或第二小孔光阑对准, 将另一级衍射光的聚焦点通过光阑板上第一 方形光阑或第二方形光阑的 XYZ 三维位移台。 0013 所述的二维光电传感器是 CCD、 CMOS, 或二维光电探测器阵列。 0014 利用上述的光栅剪切波像差检测干涉仪进行波像差检测的方法, 其特征在于该方 法包含下列步骤 : 0015 将待测光学系统置于所述的滤波。</p> <p style='height:0px;padding:0;margin:0;overflow:hidden'>19、小孔和衍射光栅板之间, 所述的滤波小孔位于 聚焦镜的后焦点上, 并位于待测光学系统的物方被测视场点上 ; 所述的光阑板位于待测光 学系统的后焦面上, 所述的二维光电传感器位于所述的待测光学系统的像平面上, 移动所 述的光栅位移台, 将第一光栅移入待测光学系统的像方光路 ; 然后移动光阑对准位移台, 将 0 级衍射光汇聚在第一小孔光阑上, 1 级衍射光通过第一方形光阑 ; 0016 所述的光栅位移台沿 X 方向移动光栅, 移动 4 次, 每次移动 1/4 光栅周期, 每次 移动后所述的二维光电传感器记录一幅干涉图Ix1i, 其中i=1,2,3,4 ; 根据4副干涉图, 进行 相位提取, 解包裹,。</p> <p style='height:0px;padding:0;margin:0;overflow:hidden'>20、 得到差分波前 Wx1; 0017 沿 Y 方向移动所述的光阑板, 将 0 级衍射光汇聚第二方形光阑 ; 1 级衍射光汇聚 在第二小孔光阑 ; 0018 所述的光栅位移台沿 X 方向移动光栅, 移动 4 次, 每次移动 1/4 光栅周期, 每次 移动后所述的二维光电传感器记录一幅干涉图Ix2i, 其中i=1,2,3,4 ; 根据4副干涉图, 进行 相位提取, 解包裹, 得到差分波前 Wx2; 0019 移动所述的光栅位移台, 将第二光栅移入待测光学系统像方光路 ; 然后移动光 阑对准位移台, 将 0 级衍射光汇聚在第一小孔光阑上, 1 级衍射光通过光第二方形光阑 ; 0020 所述的光栅位移台。</p> <p style='height:0px;padding:0;margin:0;overflow:hidden'>21、沿 Y 方向移动光栅, 移动 4 次, 每次移动 1/4 光栅周期, 每次 说 明 书 CN 103335731 A 5 3/6 页 6 移动后二维光电传感器记录一幅干涉图Iy1i, 其中i=1,2,3,4 ; 根据4副干涉图, 进行相位提 取, 解包裹, 得到差分波前 Wy1; 0021 沿 X 方向移动所述的光阑板, 将 0 级衍射光汇聚在第一方形光阑 ; 1 级衍射光汇 聚在第二小孔光阑 ; 0022 所述的光栅位移台沿 Y 方向移动光栅, 移动 4 次, 每次移动 1/4 光栅周期, 每次 移动后二维光电传感器记录一幅干涉图Iy2i, 其中i=1,2,3,4 ; 根据4副干涉图, 进行。</p> <p style='height:0px;padding:0;margin:0;overflow:hidden'>22、相位提 取, 解包裹, 得到差分波前 Wy2; 0023 按下式计算待测光学系统的波像差 : 0024 W(x,y) Za 0025 其中, Z Z1,Z2,Zn,为 Z 的广义逆矩 阵, 0026 0027 0028 Zn为待测光学系统波像差的 Zernike 多项式, n为 Zernike 多项式的系数, n 为 正整数, 符号 T表示矩阵 的转置矩阵 ; Wx1为 X 方向第一次检测的差分波前, Wx2为 Y 方向第二次检测的差分波前 ; Wy1为 Y 方向第一次检测的差分波前, Wy2为 Y 方向第二 次检测的差分波前。 0029 本发明的工作原理如下 : 0030 根据光栅横向剪切干。</p> <p style='height:0px;padding:0;margin:0;overflow:hidden'>23、涉原理, 第一次 X 方向测量差分波前和几何光程误差公式表 示 : 0031 Wx1 W(x+s,y)-W0(x,y)+OPDx1 0032 其中, W0(x,y) : 0 级衍射光在小孔光阑产生的理想球面波, W(x+s,y) : 1 级衍射光 在方形光阑透过的被测波前 ; OPDx1: X 方向几何光程误差。 0033 第二次 X 方向测量差分波前和几何光程误差公式表示 : 0034 Wx2 W0(x+s,y)-W(x,y)+OPDx2 0035 其中, W0(x+s,y) : 1 级衍射光在小孔光阑产生的理想球面波, W(x,y) : 0 级衍射光 在方形光阑透过的被测波前 ; OPDx。</p> <p style='height:0px;padding:0;margin:0;overflow:hidden'>24、2: X 方向几何光程误差。根据 X 方向两次测量, 0036 其中 W0(x,y)=W0(x+s,y)=0, 公式 、 处理可得 : 0037 Wx1-Wx2 W(x+s,y)+W(x,y)+OPDx1-OPDx2 0038 两次测量小孔光阑的中心与方形光阑的中心间距不发生变化, 第一小孔光阑 701 与第一方形光阑 702 之间的中心距离、 第二方形光阑 703 与第二小孔光阑 704 之间的中心 距离, 二者相等, 则几何光程误差 OPDx1=OPDx2, X 方向波前测量表示为 : 0039 Wx1-Wx2 W(x+s,y)+W(x,y) 0040 同理, Y 方向波前测量表示为 : 。</p> <p style='height:0px;padding:0;margin:0;overflow:hidden'>25、0041 Wy1-Wy2 W(x,y+s)+W(x,y) 说 明 书 CN 103335731 A 6 4/6 页 7 0042 公式 、 处理数据, 使用 求解待测光学系统的波像差 : 0043 W(x,y) Za 0044 其中, Z Z1,Z2,Zn,为 Z 的广义逆矩 阵, 0045 0046 0047 Zn为待测光学系统波像差的 Zernike 多项式, n为 Zernike 多项式的系数, n 为 正整数, 符号 T表示矩阵 的转置。Wx1为 X 方向第一次检测的差分波前, Wx2为 X 方 向第二次检测的差分波前。Wy1为 Y 方向第一次检测的差分波前, Wy2为 Y 方向第二次。</p> <p style='height:0px;padding:0;margin:0;overflow:hidden'>26、 检测的差分波前。 0048 与在先技术相比, 本发明具有以下优点 : 0049 1. 与在先技术 2 相比, 本发明中无光栅沿光线传播方向的位置变化引起的误 差, 光阑定位操作简单、 精度高。 0050 2. 与在先技术 3 相比, 本发明在实验中消除不同级次衍射光汇聚点分离所引入 的几何光程误差, 无残余几何光程误差, 提高波像差测量精度和准确度。 附图说明 0051 图 1 是本发明光栅剪切波像差检测干涉仪光路图 ; 0052 图 2 是本发明的滤波小孔的示意图 ; 0053 图 3 是本发明衍射光栅板的结构示意图 ; 0054 图 4 是本发明光阑板的结构示意图 ; 具体实施方式 00。</p> <p style='height:0px;padding:0;margin:0;overflow:hidden'>27、55 下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明, 但不应以此实施例限制本发明的 保护范围。 0056 先请参阅图 1, 图 1 是本发明光栅剪切波像差检测干涉仪光路图, 由图可见, 本发 明光栅剪切波像差检测干涉仪, 包括光源1, 沿该光源1光束传播方向依次是聚焦镜2、 滤波 小孔 3、 衍射光栅板 5、 光阑板 7 和二维光电传感器 9, 所述的衍射光栅板 5 位于光栅位移台 6 上, 所述的光阑板 7 置于光阑对准位移台 8 上, 待测光学系统 4 置于所述的滤波小孔 3 和 衍射光栅板 5 之间, 所述的滤波小孔 3 位于聚焦镜 2 的后焦点上, 并位于待测光学系统 4 的 物方被测视场。</p> <p style='height:0px;padding:0;margin:0;overflow:hidden'>28、点上 ; 所述的光阑板7位于待测光学系统4的后焦面上, 所述的二维光电传感 器 9 位于所述的待测光学系统 4 的像平面上 ; 0057 所述的滤波小孔 (参见图2) 3是直径小于待测光学系统4物方分辨率的通光圆孔, 其直径小于 0.5/NAo, 其中 NAo 是待测光学系统 4 的物方数值孔径 ; 0058 所述的衍射光栅板 (参见图 3) 5 由周期 T 相同, 光栅栅线沿 Y 方向的第一光栅 501 说 明 书 CN 103335731 A 7 5/6 页 8 和光栅栅线沿 X 方向的第二光栅 502 组成, 光栅周期 T 根据剪切率 s、 光源 1 的输出光的波 长 、 待测光学系统 。</p> <p style='height:0px;padding:0;margin:0;overflow:hidden'>29、4 的像方数值孔径 NA、 二维光电传感器 9 的直径 D 和干涉条纹数目 n 按下式确定 : 0059 0060 所述的光栅位移台 6 是将第一光栅 501 和第二光栅 502 分别移入待测光学系统 4 像方光路, 并分别带动第一光栅 501 和第二光栅 502 进行沿 X 方向和沿 Y 方向的 1/4 光栅 周期步进运动的二维位移台 ; 0061 请参见图 4, 所述的光阑板 7 由第一小孔光阑 701、 第二小孔光阑 704 和第一方形 光阑702、 第二方形光阑703组成, 光阑板上第一排从左到右依次为第一小孔光阑701、 第一 方形光阑 702, 第二排从左到右依次为第二方形光阑 7。</p> <p style='height:0px;padding:0;margin:0;overflow:hidden'>30、03、 第二小孔光阑 (704) , 第一小孔光 阑的中心、 第一方形光阑的中心、 第二小孔光阑的中心、 第二方形光阑的中心的顺次连线为 正方形 ; 0062 所述的光阑对准位移台 8 是将第一光栅或第二光栅的 0 级或 1 级衍射光的聚焦点 与光阑板的第一小孔光阑 701 或第二小孔光阑 704 对准, 将另一级衍射光的聚焦点通过光 阑板上第一方形光阑 702 或第二方形光阑 703 的 XYZ 三维位移台。 0063 所述的二维光电传感器 9 是 CCD、 CMOS, 或二维光电探测器阵列。 0064 本实施例 : 光源 1 波长为 633nm, 待测光学系统 4 的像方数值孔径为 0.3。</p> <p style='height:0px;padding:0;margin:0;overflow:hidden'>31、 时, 所述 的光栅剪切波像差检测干涉仪可采用下面的参数, 第一光栅 501、 第二光栅 502 的光栅周期 取 33m, 滤波小孔 3 的直径取 1m。 0065 利用上述光栅剪切波像差检测干涉仪进行波像差检测的方法, 该方法包含下列步 骤 : 0066 将待测光学系统 4 置于所述的滤波小孔 3 和衍射光栅板 5 之间, 所述的滤波小 孔3位于聚焦镜2的后焦点上, 并位于待测光学系统4的物方被测视场点上 ; 所述的光阑板 7位于待测光学系统4的后焦面上, 所述的二维光电传感器9位于所述的待测光学系统4的 像平面上, 移动所述的光栅位移台 6, 将第一光栅 501 移入待测光学系统 4 的像。</p> <p style='height:0px;padding:0;margin:0;overflow:hidden'>32、方光路 ; 然 后移动光阑对准位移台 8, 将 0 级衍射光汇聚在第一小孔光阑 701 上, 1 级衍射光通过第一 方形光阑 702 ; 0067 光栅位移台 6 沿 X 方向移动光栅, 移动 4 次, 每次移动 1/4 光栅周期, 每次移动 后所述的二维光电传感器 9 记录一幅干涉图 Ix1i, 其中 i=1,2,3,4 ; 根据 4 副干涉图, 进行相 位提取, 解包裹, 得到差分波前 Wx1; 0068 沿 Y 方向移动所述的光阑板 5) 将 0 级衍射光汇聚第二方形光阑 703 ; 1 级衍射 光汇聚在第二小孔光阑 704 ; 0069 所述的光栅位移台 6 沿 X 方向移动光栅, 移。</p> <p style='height:0px;padding:0;margin:0;overflow:hidden'>33、动 4 次, 每次移动 1/4 光栅周期, 每 次移动后所述的二维光电传感器 9 记录一幅干涉图 Ix2i, 其中 i=1,2,3,4 ; 根据 4 副干涉图, 进行相位提取, 解包裹, 得到差分波前 Wx2; 0070 移动所述的光栅位移台 6, 将第二光栅 (502) 移入待测光学系统像方光路 ; 然后 移动光阑对准位移台 8, 将 0 级衍射光汇聚在第一小孔光阑 701 上, 1 级衍射光通过光第二 方形光阑 703 ; 说 明 书 CN 103335731 A 8 6/6 页 9 0071 所述的光栅位移台 6 沿 Y 方向移动光栅, 移动 4 次, 每次移动 1/4 光栅周期, 每 。</p> <p style='height:0px;padding:0;margin:0;overflow:hidden'>34、次移动后二维光电传感器记录一幅干涉图Iy1i, 其中i=1,2,3,4 ; 根据4副干涉图, 进行相位 提取, 解包裹, 得到差分波前 Wy1; 0072 沿 X 方向移动所述的光阑板 5, 将 0 级衍射光汇聚第一方形光阑 702 ; 1 级衍射 光汇聚在第二小孔光阑 704 ; 0073 所述的光栅位移台 6 沿 Y 方向移动光栅, 移动 4 次, 每次移动 1/4 光栅周期, 每 次移动后二维光电传感器记录一幅干涉图Iy2i, 其中i=1,2,3,4 ; 根据4副干涉图, 进行相位 提取, 解包裹, 得到差分波前 Wy2; 0074 按下式计算待测光学系统的波像差 : 0075 W(x,。</p> <p style='height:0px;padding:0;margin:0;overflow:hidden'>35、y) Za 0076 其中, Z Z1,Z2,Zn,为 Z 的广义逆矩 阵, 0077 0078 0079 Zn为待测光学系统波像差的 Zernike 多项式, n为 Zernike 多项式的系数, n 为 正整数, 符号 T表示矩阵 的转置矩阵 ; Wx1为 X 方向第一次检测的差分波前, Wx2为 Y 方向第二次检测的差分波前 ; Wy1为 Y 方向第一次检测的差分波前, Wy2为 Y 方向第二 次检测的差分波前。 0080 实验表明, 本发明检测待测系统的波像差, 可消除差分波前的待测系统几何光程 误差, 提高待测系统的波像差检测准确度。 说 明 书 CN 103335731 A 9 1/1 页 10 图 1 图 2 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 103335731 A 10 。</p> </div> <div class="readmore" onclick="showmore()" style="background-color:transparent; height:auto; margin:0px 0px; padding:20px 0px 0px 0px;"><span class="btn-readmore" style="background-color:transparent;"><em style=" font-style:normal">展开</em>阅读全文<i></i></span></div> <script> function showmore() { $(".readmore").hide(); $(".detail-article").css({ "height":"auto", "overflow": "hidden" }); } $(document).ready(function() { var dh = 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