一種微孔衍射波前質(zhì)量的測量裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型屬于光學(xué)測量技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種進行波前的高精度測量的 微孔衍射波前質(zhì)量的測量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著半導(dǎo)體、航空航天等技術(shù)的發(fā)展，高精度光學(xué)元件的需求和應(yīng)用越來越廣。納 米/亞納米精度的光學(xué)元件在光刻投影物鏡、X射線顯微鏡、重力波探測用邁克爾遜干涉儀 等研究領(lǐng)域具有極為重要的作用。因此，發(fā)展超高精度面形檢測技術(shù)是實現(xiàn)這些領(lǐng)域中高 精度光學(xué)元件成功應(yīng)用的重要保證。
[0003] 普通商業(yè)菲索干涉儀和泰曼_格林干涉儀由于受參考元件的限制，其檢測精度不 高。點衍射干涉儀（PDI)作為目前面形絕對測量領(lǐng)域中精度最高的設(shè)備，是解決超高精度 光學(xué)元件面形檢測的重要方法，同時，PDI也是高精度系統(tǒng)集成裝調(diào)中系統(tǒng)波像差高精度檢 測的重要設(shè)備。微孔衍射波前質(zhì)量是影響點衍射干涉儀測量精度的一個重要因素。
[0004] 專利號ZL201110129360. 8名稱為"可見光點衍射干涉儀中參考球面波偏差檢測 裝置與方法"的發(fā)明專利介紹了一種采用剪切干涉的方法進行微孔衍射波前偏差的測量技 術(shù)。它是采用兩個完全一致的微孔衍射產(chǎn)生的兩個近于理想的球面波進行剪切干涉，從而 獲得單個微孔衍射產(chǎn)生的球面波前的偏差。其中兩個微孔由光柵±1級光照明。會聚光束 經(jīng)過光柵后，其±1級光將會引入彗差，小孔對彗差的濾除效果不是特別理想，光柵零級的 能量也會從兩個小孔中泄露。另外，由于兩個小孔之間的間距會給測量結(jié)果中引入彗差，探 測器的傾斜會給測量結(jié)果中引入像散，因此，需要對這兩個系統(tǒng)誤差進行標(biāo)定。
[0005] 文章〈〈Extreme-ultravioletphase-shiftingpoint-diffraction interferometerawave-frontmetrologytoolwithsub-angstromreference-wave accuracy》（ApplOpt，1999, 38(35) :7252-7263)詳細描述了上述系統(tǒng)誤差的標(biāo)定方法，前 者的標(biāo)定比較容易，而后者則由于探測器的傾斜難以精確測量，標(biāo)定難度較大。
[0006] 文章《點衍射干涉儀系統(tǒng)誤差標(biāo)定》（光學(xué)學(xué)報，2013, 33(7) :0712003)采用邁克 爾孫干涉儀結(jié)構(gòu)，由分光棱鏡和平面鏡來實現(xiàn)兩個微孔照明光束的獨立控制，避免了光柵 弓丨入誤差，但還是存在雙孔間距引入彗差和探測器傾斜引入像散的問題，且后者較難去除。
[0007] 采用夏克-哈特曼波前傳感器法進行有限遠共輒距光學(xué)系統(tǒng)波像差測量時，準(zhǔn)直 物鏡和夏克-哈特曼波前傳感器系統(tǒng)誤差的高精度標(biāo)定是實現(xiàn)高精度系統(tǒng)誤差測量的關(guān) 鍵。通過微孔衍射產(chǎn)生高質(zhì)量的球面波是實現(xiàn)準(zhǔn)直物鏡和夏克-哈特曼波前傳感器系統(tǒng)誤 差高精度標(biāo)定的重要前提。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本實用新型的目的在于，提供一種新的微孔衍射波前質(zhì)量的測量裝置，使其采用 夏克-哈特曼波前傳感器法進行微孔衍射波前質(zhì)量的測量，通過高精度平面參考波前實現(xiàn) 夏克-哈特曼波前傳感器的高精度標(biāo)定，再根據(jù)高精度系統(tǒng)誤差的標(biāo)定結(jié)果進行微孔衍射 波前形狀的精確測量，將微孔衍射波前形狀與最佳參考球比較求得微孔衍射波前的偏差， 只需要在標(biāo)定裝置的基礎(chǔ)上直接加入聚焦物鏡和微孔便可實現(xiàn)微孔衍射波前質(zhì)量的測量， 操作簡便，與剪切干涉法測量相比，引入的系統(tǒng)誤差較小并且容易實現(xiàn)系統(tǒng)誤差的高精度 標(biāo)定。
[0009] 本實用新型的目的及解決其技術(shù)問題是采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的。依據(jù)本實用 新型提出的一種微孔衍射波前質(zhì)量的測量裝置，用于測量微孔衍射波前的質(zhì)量，所述裝置 包括依次設(shè)置的高精度平面波生成器、聚焦物鏡、微孔板、可變光闌和夏克-哈特曼波前 傳感器，所述高精度平面波生成器產(chǎn)生的高精度平面參考波前經(jīng)所述聚焦物鏡后在所述聚 焦物鏡的焦平面上得到一個微小的艾里斑，所述微孔板設(shè)置于所述聚焦物鏡的焦平面，且 所述微孔板的微孔位于所述聚焦物鏡的焦點處，所述艾里斑在經(jīng)所述微孔衍射后產(chǎn)生一個 近于理想的球面波，所述球面波經(jīng)所述可變光闌到達所述夏克-哈特曼波前傳感器，被所 述夏克-哈特曼波前傳感器中的微透鏡陣列聚焦在探測器上形成光斑陣列，根據(jù)所述光斑 陣列（803)的位置信息通過圖像處理能夠獲得所述微孔板衍射產(chǎn)生的所述球面波波前的 強度和相位信息。
[0010] 本實用新型的目的及解決其技術(shù)問題還可采用以下技術(shù)措施進一步實現(xiàn)。
[0011] 前述的微孔衍射波前質(zhì)量的測量裝置，其中所述聚焦物鏡是能夠補償所述微孔板 的厚度引入的球差的具備球差補償功能的物鏡。
[0012] 前述的微孔衍射波前質(zhì)量的測量裝置，其所述微孔板包括玻璃基底和金屬涂覆 層，所述金屬涂覆層覆蓋于所述玻璃基底一側(cè)的表面上，所述微孔形成于所述金屬涂覆層 上，穿過所述金屬涂覆層顯露出所述玻璃基底，所述金屬涂覆層的厚度應(yīng)足以對所述微孔 之外的光波起到屏蔽作用，所述微孔的直徑要足夠小。
[0013] 前述的微孔衍射波前質(zhì)量的測量裝置，其中所述高精度平面波生成器和所述夏 克-哈特曼波前傳感器組成系統(tǒng)誤差的標(biāo)定單元，當(dāng)所述高精度平面波生成器產(chǎn)生的所述 高精度平面參考波前直接照射到所述夏克-哈特曼波前傳感器時，被所述夏克-哈特曼波 前傳感器中的微透鏡陣列聚焦在探測器上形成參考光斑陣列，所述參考光斑陣列的位置信 息是作為微孔衍射波前質(zhì)量測量的參考進行系統(tǒng)誤差的標(biāo)定。
[0014] 本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)點和有益效果。借由上述技術(shù)方案，本 實用新型一種微孔衍射波前質(zhì)量的測量裝置至少具有下列優(yōu)點及有益效果：本實用新型采 用夏克-哈特曼波前傳感器法進行微孔衍射波前質(zhì)量的測量，通過高精度平面參考波前 實現(xiàn)夏克-哈特曼波前傳感器的高精度標(biāo)定，再根據(jù)高精度系統(tǒng)誤差的標(biāo)定結(jié)果進行微孔 衍射波前形狀的精確測量，將微孔衍射波前形狀與最佳參考球比較求得微孔衍射波前的偏 差，只需要在標(biāo)定裝置的基礎(chǔ)上直接加入聚焦物鏡和微孔便可實現(xiàn)微孔衍射波前質(zhì)量的測 量，操作簡便，與剪切干涉法測量相比，引入的系統(tǒng)誤差較小并且容易實現(xiàn)系統(tǒng)誤差的高精 度標(biāo)定。其中微孔板引入的球差可通過聚焦物鏡進行補償，從而可以消除波前偏差計算中 的誤差。并且通過調(diào)整夏克-哈特曼波前傳感器到微孔的距離便可實現(xiàn)不同數(shù)值孔徑大小 的衍射波前質(zhì)量的快速高精度的測量。
[0015] 上述說明僅是本實用新型技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本實用新型的技 術(shù)手段，而可依照說明書的內(nèi)容予以實施，并且為了讓本實用新型的上述和其他目的、特征 和優(yōu)點能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實施例，并配合附圖，詳細說明如下。
【附圖說明】
[0016] 圖1是進行夏克-哈特曼波前傳感器高精度標(biāo)定的原理示意圖。
[0017] 圖2A及圖2B是夏克-哈特曼波前傳感器高精度標(biāo)定時形成的參考光斑陣列的示 意圖。
[0018] 圖3是本實用新型微孔衍射波前質(zhì)量的測量裝置的原理示意圖。
[0019] 圖4是本實用新型產(chǎn)生近于理想球面波的微孔板結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0020] 圖5A及圖5B是本實用新型微孔衍射球面波經(jīng)夏克-哈特曼波前傳感器后所形成 的光斑陣列的示意圖。
[0021] 圖6是本實用新型微孔衍射波前偏差計算的原理示意圖。
[0022] 10 :高精度平面波生成器 20 :高精度平面參考波前
[0023] 30 :聚焦物鏡 50 :微孔板
[0024] 501:玻璃基底 502:金屬涂覆層
[0025] 503:微孔 60 :微孔衍射球面波
[0026] 70 :可變光闌 80 :夏克-哈特曼波前傳感器
[0027] 801:微透鏡陣列 802:探測器
【具體實施方式】
[0028] 為更進一步闡述本實用新型為達成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功效，以 下結(jié)合附圖及較佳實施例，對依據(jù)本實用新型提出的一種微孔衍射波前質(zhì)量的測量裝置其
【具體實施方式】、結(jié)構(gòu)、方法、步驟、特征及其功效，詳細說明如后。
[0029] 請參閱圖1、圖2A及圖2B所示，圖1是進行夏克-哈特曼波前傳感器高精度標(biāo)定 的原理示意圖，圖2A及圖2B是夏克-哈特曼波前傳感器高精度標(biāo)定時形成的參考光斑陣 列的示意圖。高精度平面波生成器10和夏克-哈特曼波前傳感器80組成系統(tǒng)誤差的標(biāo)定 單元，高精度平面波生成器10產(chǎn)生高精度平面參考波前20,當(dāng)高精度平面參考波前20直 接照射到夏克-哈特曼波前傳感器80時，被夏克-哈特曼波前傳感器80中的微透鏡陣列 801聚焦在探測器802上形成參考光斑陣列804,記錄參考光斑陣列804的位置信息，其包 括：參考光斑陣列804中各光斑中心的位置坐標(biāo)OcOj,yOj，其中j= 1，2，…，N，N為微透 鏡陣列801中子透鏡元的個數(shù)。
[0030] 由于高精度平面參考波20的精度要比微孔衍射波前的精度高。因此，以參考光斑 陣列804的位置信息作為微孔衍射波前質(zhì)量測量的參考進行系統(tǒng)誤差的標(biāo)定，平面參考波 前引入的誤差可以忽略不計，測量結(jié)果中只包含由夏克-哈特曼波前傳感器80所引入的誤 差，故很容易從測量結(jié)果中將該部分誤差去除。
[0031] 在完成夏克-哈特曼波前傳感器80的高精度標(biāo)定后，便可進行微孔衍射波前質(zhì)量 的測量。請參閱圖3、圖5A及圖5B所示，圖3是本實用新型微孔衍射波前質(zhì)量的測量裝置 的原理示意圖，圖5A及圖5B是本實用新型微孔衍射球面波經(jīng)夏克-哈特曼波前傳感器后 所形成的光斑陣列的示意圖。在高精度平面波生成器10與夏克-哈特曼波前傳感器80之 間依次設(shè)置聚焦物鏡30、微孔板50和可變光闌70,使微孔板50位于所述聚焦物鏡30焦 平面，微孔板50的微孔503位于聚焦物鏡30的焦點處，可變光闌70位于所述微孔板50與 夏克-哈特曼波前傳感器80之間，且與微孔板50相距一定距離。高精度平面波生成器10 產(chǎn)生的高精度平面參考波前20經(jīng)聚焦物鏡30后在聚焦物鏡30的焦平面上得到一個微小 的艾里斑40,艾里斑40經(jīng)微孔板50的微孔503衍射后產(chǎn)生一個近于理想的球面波60,球 面波60經(jīng)可變光闌70到達夏克-哈特曼波前傳感器80,被夏克-哈特曼波前傳感器80中 的微透鏡陣列801聚焦在探測器802上形成光斑陣列803,根據(jù)光斑陣列80