[發明專利]激光干涉儀非線性誤差修正方法、裝置及應用其的干涉儀

無效

• 申請號: 201010135331.8
• 申請日: 2010-03-26
• 公開（公告）號: CN101839686A
• 公開（公告）日: 2010-09-22
• 發明（設計）人: 高思田;施玉書;盧明臻;杜華
• 申請（專利權）人: 中國計量科學研究院
• 主分類號: G01B9/02
• 分類號: G01B9/02
• 代理公司: 北京律誠同業知識產權代理有限公司 11006
• 代理人: 梁揮;祁建國

技術領域

本發明涉及激光測量技術領域，特別涉及一種單頻激光干涉儀非線性誤差修正方法、裝置及應用該裝置的激光干涉儀。

背景技術

伴隨著納米技術、微電子技術和MEMS的發展，對尺寸和位移測量的精度要求越來越高。例如美國國家標準技術研究院(NIST)的Teague認為，在集成電路工業中，當線寬將于2014年達到50nm以下時，國家級計量院應能保證達到0.4nm的測量精度。激光干涉儀使用光波的波長作為基本刻度，其測量結果可以直接溯源到米定義波長基準，是長度計量中最為廣泛使用的基準測量儀器。干涉儀的誤差來源主要為激光波長的精度，測量噪音和非線性誤差。當激光干涉儀作為納米計量儀器的測量基準時，為了保證0.4nm的線寬測量精度，其測量不確定度應達到0.1nm。此時非線性誤差就成為了干涉儀的最主要的誤差來源。

單頻激光干涉儀的非線性誤差是以干涉明暗條紋周期(通常為λ/2光程差，λ：光波波長)為周期的周期性誤差，主要是由相位混疊產生的。產生相位混疊主要原因是：(1)干涉儀中的波片、分光鏡等光學零件均非理想元件，如偏振分光鏡不可能將兩束偏振光100％的分離、各表面的反射損失、波片的相位延遲誤差等；(2)干涉儀的調整不夠理想，參考光和測量光的光束不能夠完全同軸；(3)光電轉換器的非線性。通常在良好調整的情況下，干涉儀的非線性誤差可達5-10nm。因此，對于要求0.1nm測量不確定度的干涉儀，非線性誤差的校準是必須的。

理想干涉信號為一對等幅、正交的簡諧信號，其李薩如圖形為理想的圓。這對理想干涉信號可表示為：

u1=Rsinθu2=Rcosθ---(1)]]>

式中，u₁、u₂為干涉信號，R為信號幅值，θ為干涉信號的相位角。干涉信號的相位角與測量鏡位移是一一對應的：x是測量鏡位移。相位角可由下式求得：

θ=arctanu1u2---(2)]]>

但實際干涉信號是不完善的。傳統的Heydemann方法是美國學者Heydemann提出的一種方法，是一種應用較為成熟的傳統方法，是將兩路干涉信號用一個廣義橢圓方程表示，所以也叫橢圓修正，如下：