[發明專利]基于橫向剪切干涉的擴束準直系統波面像差檢測方法

有效

• 申請號: 201110173912.5
• 申請日: 2011-06-24
• 公開（公告）號: CN102297759A
• 公開（公告）日: 2011-12-28
• 發明（設計）人: 李艷秋;汪海;劉克
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G01M11/02
• 分類號: G01M11/02;G02B27/44
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 李愛英;楊志兵

技術領域

本發明屬于光學檢測技術領域，具體涉及基于橫向剪切干涉的擴束準直系統波面像差檢測方法。

背景技術

激光器發出的光束雖然具有很好的方向性，但是仍然存在一定的發散角。現有通常采用擴束準直系統來改善其方向性，即將擴束準直系統設置于激光前進的光路上，利用其壓縮激光器發出光束的發散角且擴大光束尺寸，此過程就稱為激光光束的擴束準直。激光光束的擴束準直在光學精密測量方面及光學成像方面均具有廣泛地應用。在光學成像方面，激光擴束準直是激光直寫光刻技術中的重要技術，激光光束經過擴束準直系統后光波的像質將直接影響到激光直寫的效果，即直接影響激光直寫光刻的成像性能，為此，必須對擴束準直系統的波面像差進行檢測、校正及控制，從而保證激光直寫光刻的高質量的曝光成像。

目前，在光學檢測技術領域中，主要采用哈特曼法和五棱鏡掃描法實現對擴束準直系統的波面像差檢測。但上述兩種方法都存在著不足，針對于哈特曼法：一方面由于其采用較低波面采樣能力的陣列孔徑進行波面采樣，因此影響了待測波面的檢測精度；另一方面由于哈特曼板制作難度大，加工工藝限制了哈特曼板的尺寸，從而使其難以測量口徑較大的光束。針對于五棱鏡掃描法：本質上是一種串行的哈特曼法，其通過五棱鏡掃描整個待測光波波面實現對待測波面的檢測；由于五棱鏡面型誤差及角度制造誤差會對待測波面產生影響，進而影響待測波面的檢測精度，為此對五棱鏡的加工要求很高，導致加工難度大、成本高。

發明內容

本發明的目的是提出一種基于橫向剪切干涉的擴束準直系統波面像差檢測方法，該方法可以消除±3級及±3的倍級衍射光的影響，使得所形成的干涉光波主要集中在±1級衍射光中，從而提高了檢測精度。

為實現上述目的，本發明所采用的技術方案如下：

一種基于橫向剪切干涉的擴束準直系統波面像差檢測方法，具體步驟為：

步驟一、在擴束準直系統出射光束的光路上依次設置一維位相光柵和光電探測單元；并設定擴束準直系統出射光束的傳播方向為z軸，并以z軸建立左手坐標系，則水平方向為x軸，豎直方向y軸；

其中，一維位相光柵上相鄰透光部分設置不同的刻蝕深度使透過相鄰透光部分的光波存在180°相位差；同時，兩相鄰透光部分之間的非透光部分的寬度為p/6，透光部分的寬度為p/3，p為一維位相光柵的周期；且為了保證光電探測單元對剪切干涉圖的采樣，設定p≥16β，β為光電探測單元203的像元尺寸；

步驟二、旋轉一維位相光柵，使光柵線條與y軸平行，進一步控制一維位相光柵使其沿x軸方向移動0、p/4、p/2、3p/4，圖像探測單元依次采集對應0、π/2、π、3π/2相移的x方向剪切干涉圖

旋轉一維位相光柵，使光柵線條與x軸平行，進一步控制一維位相光柵使其沿y軸方向移動0、p/4、p/2、3p/4，圖像探測單元依次采集對應0、π/2、π、3π/2相移的y方向剪切干涉圖

步驟三、根據x方向剪切干涉圖和y方向剪切干涉圖獲取擴束準直系統的波面像差。

本發明所述步驟二進一步包括當檢測波面像差較小的擴束準直系統時，調節一維位相光柵使其沿z軸向靠近光電探測單元方向移動；當檢測波面像差較大的擴束準直系統時，調節單元一維位相光柵使其沿z軸向遠離光電探測單元方向移動。

本發明所述獲取擴束準直系統的波面像差的具體步驟為：

步驟401、對剪切干涉圖和進行傅里葉變換，獲得和的頻譜分布；并進一步從和的頻譜分布中分別獲取x，y方向的+1級頻譜的中心坐標和的值；

步驟402、利用值獲得x方向的僅含載波位相分布利用值獲得y方向的僅含載波位相分布

步驟403、根據x方向剪切干涉圖及y方向剪切干涉圖得到x方向含有載波位相的包裹位相和y方向含有載波位相的包裹位相利用位相展開技術對x、y方向的包裹位相和進行解包裹處理，獲得x方向含有載波位相的差分位相和y方向含有載波位相的差分位相

步驟404、利用位相減去載波位相獲得x方向差分待測位相Φ^x，利用差分位相減去載波位相獲得y方向差分待測位相Φ^y；

步驟405、利用基于差分澤尼克的波面重構技術對x，y方向的差分波位相Φ^x和Φ^y進行重構，此時可以獲得用37項澤尼克系數及其對應澤尼克多項式的線性組合表示的待測波面，其中，37項澤尼克系數的大小表示波面像差。

本發明所述步驟405進一步利用波面像差中表示離焦像差的第4項澤尼克系數獲取擴束準直波面的曲率半徑為及光波發散角。

有益效果