[發明專利]基于調制光源及正負衍射級分開探測結構的波前檢測裝置

有效

• 申請號: 201310449423.7
• 申請日: 2013-09-27
• 公開（公告）號: CN103471725A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發明（設計）人: 王琦龍;趙健;翟雨生;黃倩倩;劉京
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01J9/02
• 分類號: G01J9/02
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 楊曉玲

技術領域

本發明涉及一種基于調制光源及正負衍射級分開探測結構的波前檢測裝置，用于檢測不同光學系統或元件的光學參數，實現高精度波像差檢測。

背景技術

隨著納米技術包括極大規模集成電路制造技術的快速發展，對光學應用系統如光刻機和顯微系統等的解析度的要求也在不斷的提高，對系統物鏡的波前進行精確調控是進一步提高上述光學系統精度的關鍵環節之一，而對波像差的精確測量是波前調控的必要前提。

衍射光柵是一種由密集、等間距平行刻線構成的非常重要的光學器件，分反射和透射兩大類；它利用多縫衍射和干涉作用，將射到光柵上的光束按波長的不同進行色散，再經成像鏡聚焦而形成光譜。在波前檢測系統中，當經過待測光學系統的波前與光柵作用時，其帶有的待測光學系統的光學參數也會發生有規律的變化，我們便可以通過分析這種變化，得到一系列的關于該待測光學系統的光學信息。

現在市場上所使用的波前檢測設備操作復雜，對測量環境和干涉圖案的要求比較高，另外價格都相對比較高，所以亟需一種操作簡單，測量精度足夠高，并且成本低廉的波前檢測設備。

發明內容

發明目的：為了克服現有技術中光學剪切干涉方法操作復雜困難，對檢測環境和待檢測光學系統要求高，且檢測精度過度依賴干涉圖樣的清晰度的問題，提出了一種基于調制光源及正負衍射級分開探測結構的波前檢測裝置。

技術方案：為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

基于調制光源及正負衍射級分開探測結構的波前檢測裝置，包括中心線沿光軸依次設置的氦-氖激光光源、針孔、自準直器、一維周期幅度光柵、圓形窗口、透鏡、一維周期相位光柵和分離反射鏡，還包括四象限偏振片和圖像傳感器，所述四象限偏振片的中心也位于光軸上；所述氦-氖激光光源、針孔、自準直器、一維周期幅度光柵和圓形窗口構成調制光源，所述一維周期相位光柵、分離反射鏡和四象限偏振片構成正負衍射級分開探測結構；

所述圓形窗口設置在透鏡的前焦面位置，所述一維周期相位光柵設置在透鏡的后焦面位置；所述一維周期幅度光柵和一維周期相位光柵的光柵線方向相互垂直；

記氦-氖激光光源產生的光波長為λ；所述針孔為圓形針孔（一般要求圓形針孔的半徑R比波長λ大即可，比如Nλ，N為整數）；所述自準直器為產生與圓形窗口形狀一致且波前為球面的高斯光束的自準直器；所述一維周期幅度光柵的周期d₁與圓形窗口的半徑R滿足d₁=2λf/R，其中f為透鏡的焦距；

所述一維周期相位光柵的周期d₂滿足d₂=nλ，其中n=0,4,8,12,16,…；所述分離反射鏡包括位于光軸兩側位置并與光軸之間存在間隙可調（該間隙視測量情況及測量對象而定，通過三維旋轉平臺實現調整）的兩塊反射鏡，所述兩塊反射鏡各自安裝在一個三維旋轉平臺上；所述四象限偏振片包括圍繞光軸前后左右放置的四片偏振片，按逆時針方向所述四片偏振片的偏振角度依次間隔45°，所述偏振片接收反射鏡反射的光；每個偏置片均固定連接有一個圖像傳感器，圖像傳感器和相應的偏振片之間存在間隙，且采集透過該偏振片的光信號。

優選的，所述自準直器為光纖自準直器。

優選的，所述一維周期幅度光柵為二值一維周期幅度光柵、正弦一維周期幅度光柵或余弦一維周期幅度光柵。

優選的，所述一維周期相位光柵為相位為0或π的二值光柵。

優選的，所述圓形窗口的直徑可調，其厚度為1～10mm，該厚度范圍內的圓形窗口可有效阻擋有效光束寬度以外的雜光。

優選的，所述反射鏡表面的膜系由M層膜構成，所述膜的單層厚度范圍為5～8000nm，所述膜有兩種，分別為二氧化鈦薄膜和二氧化硅薄膜，所述反射鏡表面的膜系由上述兩種膜交替填充結構構成；所述反射鏡表面的膜系還可以為單層的二氧化鈦薄膜或單層的二氧化硅薄膜。

本案通過添加自準直器、一維周期幅度光柵和圓形窗口的方式，實現了對光源的調制，在遠場被復制成多個具有不同傳播方向、同一形狀的球面波前；使用正負衍射級分離光路，對正負衍射級分離采集和四象限偏振片處理，可以實現對波前更高精度的測量和分析，使得檢測精度得到大幅度提高。