[發明專利]基于聲光外差移相的準直鏡后表面自標定共光路干涉儀

有效

• 申請號: 201410690424.5
• 申請日: 2014-11-25
• 公開（公告）號: CN104359397A
• 公開（公告）日: 2015-02-18
• 發明（設計）人: 張文喜;相里斌;呂笑宇;李楊;伍洲;孔新新;周志盛;周志良;劉志剛
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電研究院
• 主分類號: G01B9/02
• 分類號: G01B9/02;G01B11/24
• 代理公司: 北京凱特來知識產權代理有限公司 11260
• 代理人: 鄭立明;鄭哲

技術領域

本發明涉及光學技術領域，尤其涉及一種基于聲光外差移相的準直鏡后表面自標定共光路干涉儀。

背景技術

以深紫外光刻機投影曝光系統為代表的高端光學設備，對光學元件的加工、光學系統的集成提出了極大挑戰。干涉儀作為高精度光學元件加工和光學系統集成不可或缺的核心檢測設備，檢測精度要求不斷提高。

傳統光學加工中采用的光學面形檢測方法包括哈特曼傳感器法、刀口法和輪廓法等。這些方法分別存在著非數字化需主觀判讀或接觸損傷待測件等不同的缺點，且很難達到較高的測量精度，是簡單測量方法。

干涉檢測法早在百年前就已經被使用，屬于非接觸式測量，且具有大量程、高靈敏度、高精度等特點，在高精度檢測時被廣泛應用，其原理是一束光照射標準的參考平面作為參考光，另一束光照射被測面返回帶有面形信息作為測量光，兩束光干涉時由于光斑不同位置相位不同產生光程差從而產生彎曲的干涉條紋，即可判斷待測面的面形起伏。直到1974年Bruning等人提出移相干涉技術，把通訊理論中同步相位探測技術引入到光學干涉術中，使得干涉檢測球面面形的精度大大提高。其基本原理是經過四步或多步移動待測元件，以改變測試波和參考波之間的位相差，光強也隨之改變，從而得到一系列的方程。最后，通過求解方程組得到待測元件(或系統)的位相值。移相干涉技術已經相當成熟，在光學檢測領域具有不可替代的地位。

發明人在進行發明創造中發現現有技術主要存在如下缺陷：

1)用于球面檢測的Twyman-Green型干涉檢測系統：利用標準參考鏡的反射波來獲得所需的參考波前。來自激光器的光束經擴束系統準直擴束后，由分光板分為兩部分：其中一部分平行光束通過分光板，并經標準鏡會聚后由待測球面(其曲率中心位于標準鏡焦點處)反射回來，該部分光束作為檢測光；另一部分平行光束由分光板反射后再經標準參考鏡反射回來，此部分光束作為參考光；參考光和檢測光在分光板會合后，再經過成像系統,進而在CCD上得到干涉條紋；同時，該系統通過PZT移相器對標準參考鏡進行微位移移相，來實現球面的多步移相檢測。但是，該系統中測量光與參考光不共光路，對光路經過的每一個光學元件的面形精度要求高，而且易受震動等外界環境影響。

2)用于球面檢測的Fizeau干涉檢測系統：利用標準鏡上的參考面(平面或球面)的反射波來獲得所需的參考波前。經準直透鏡準直后的輸出光束經過一標準鏡變成會聚光，其中部分光束由標準鏡上的參考球面反射回來，作為參考光；而經過標準鏡的透射光則由待測球面反射回來，作為檢測光；反射回的參考光和檢測光經分光板反射后，再通過成像系統在CCD探測器上得到干涉圖；同時，該系統通過PZT移相器對標準鏡進行移相，即可實現球面的多步移相檢測。但是，該系統中由于采用機械移動作為移相方法，因此精度不夠高，且成本高，研制難度大；尤其對大口徑面形的測量，精密機械驅動精度降低，測量精度也隨之降低。

3)波長移相斐索干涉儀。針對大口徑面形的高精度移相檢測，1999年前后提出的波長移相斐索干涉儀可以較好的解決了壓電推動移相的困難；其波長移相干涉儀光路與上述Fizeau干涉檢測系統相同，只是其中不用壓電驅動機械移相，而是激光器既作為光源，其波長又可以連續改變，起到移相器的作用，不再需要推動器件實現移相，可以簡化了干涉儀的機械結構；并且在測量中，大口徑參考鏡機械部分保持不動，消除了由于硬件移動引起的各種誤差，來提高測量精度。但是，實際上波長調諧激光器內進行波長調諧也是通過壓電機械推動或改變溫度來改變諧振腔腔長，或通過機械旋轉光柵等方法來改變激光波長，雖然需要驅動的元件在激光腔內，口徑重量比參考鏡要小，但仍不可避免機械運動或溫度改變等手段造成的精度降低，并且可調諧激光器研制難度大，成本高；另外，可移相的步數有限，獲得的信息少，準確度仍無法滿足高精度測量需求。

另外，現有的某些共光路外差干涉儀，由于需要一塊面形精度極高的參考鏡作為標尺，參考鏡的精度直接決定了最終的測量精度，而參考鏡的制作難度與成本都極高，尤其對大口徑的干涉儀，參考鏡直接制約了干涉儀的口徑和精度。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于聲光外差移相的準直鏡后表面自標定共光路干涉儀，其具有較高的精度與較高的抗干擾的能力，且研制難度與成本較低。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：