[發明專利]基于朗奇剪切干涉儀的相位提取方法

有效

• 申請號: 201410360070.8
• 申請日: 2014-07-25
• 公開（公告）號: CN104111120B
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 吳飛斌;唐鋒;王向朝;李杰;李永
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: G01J9/02
• 分類號: G01J9/02
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司31213
• 代理人: 張澤純

技術領域

本發明涉及剪切干涉儀，特別是一種基于朗奇剪切干涉儀的相位提取方法。

背景技術

朗奇剪切干涉是一種采用了擴展光源調制光場空間相干性的剪切干涉，具有不需要單獨的理想參考波面、易實現共光路干涉、沒有空間光程誤差、檢測精度高、靈敏度高等優點。朗奇剪切干涉引入了相移干涉技術，通過橫向移動光柵，在剪切波面和0級波面之間引入穩定的相位差，通過改變相移量得到多幅干涉圖，計算被測相位分布，求出被測光學系統波像差。為了獲得原始波前，需要對干涉圖進行相位提取，相位提取是干涉測量的重要步驟，相位提取精度直接影響到最終的檢測精度。常用的干涉圖相位提取方法包括兩類，分別是頻域法和時域法。頻域法主要采用傅里葉變換法，而時域法主要采用相移干涉技術。朗奇剪切干涉儀采用相移干涉技術進行相位提取，相移干涉技術計算簡單、速度快、精度高，但影響測量精度的誤差因素較多：一方面來自外界環境，如空氣清潔度、實驗平臺震動、空氣擾動等；另一方面來自干涉儀內部，如相移器壓電晶體的標定誤差與非線性誤差、光學系統的加工誤差和裝調后的剩余誤差、光電傳感器的非線性誤差等。對于朗奇剪切干涉儀，當剪切率較小時，剪切光柵除了±1級與0級發生干涉獲得需要的干涉條紋之外，更高級次的衍射項也會與0級光發生干涉，嚴重影響相位提取的精度。朗奇剪切干涉儀對相移器的要求不高，光柵位移量在幾百nm量級，因此相移誤差較小，在保證較好的測量環境的情況下，光柵多級衍射光的相互影響可以看作是朗奇剪切干涉儀的主要誤差源，因此消除多級衍射誤差是朗奇剪切干涉儀應用于高精度光學系統波像差檢測的前提。

Joseph Braat等提出一種用擴展光源改進的朗奇剪切干涉儀(在先技術[1],Joseph Braat,Augustus J.E.Janssen,“Improved Ronchi test with extended source”,Journal of the Optical Society of America A Vol.16,No.1,1999,pp:131-140)。此干涉儀采用+1級與-1級衍射光的干涉進行提取相位，但沒有考慮高次衍射級次的影響，從而引入了一定的系統誤差，進而降低了位移的測量精度；并且該方法只適用于數值孔徑較小的光學系統中，在對大數值孔徑的光學系統的檢測過程中會引入大量的測量誤差。

Yucong Zhu等提出一種二維光柵相移干涉儀的相位提取算法(在先技術[2],Yucong Zhu,Satoru Odate,Ayako Sugaya,et al.,“Method for designing phase-calculation algorithms for two-dimensional grating phase shifting interferometry”,Applied Optics,2011,50(18):p.2815-2822)。該二維光柵干涉儀采用物面光柵作為擴展光源，其周期為像面光柵周期與被測光學系統成像放大倍數的乘積，物面光柵和像面光柵都是正交光柵，算法只采用0級光與±1級的干涉進行相位提取，通過相移消除不需要的光柵±3級和±5級衍射項的影響。但是該方法以正交光柵作為物面光柵，對光場空間相干性的調制結果復雜，出現了許多x軸和y軸之外的衍射項，從而引入了大量的噪聲項，嚴重影響檢測精度。

Matthieu Visser等提出一種應用于EUV光刻物鏡波像差檢測的擴展光源干涉儀(在先技術[3],Matthieu Visser,Martijn K.Dekker,Petra Hegeman,et al.,“Extended source interferometry for at-wavelength test of EUV-optics”,Emerging Lithographic Technologies Iii,Pts 1and 2,1999.3676:p.253-263)。該干涉儀物面光柵和像面光柵都是采用一維朗奇光柵，采用5步相移法可以減小±3級與0級衍射光干涉引入的對相位提取的影響，但是難以消除其他較高級次的衍射項與0級的干涉。

發明內容

本發明的目的在于克服上述在先技術的不足，提供一種基于朗奇剪切干涉儀的相位提取方法。該方法消除朗奇剪切干涉儀檢測過程中像面光柵多級衍射光對相位提取精度的影響，提高被測光學系統的波像差檢測準確度。

本發明的技術解決方案如下：