基于声光外差移相的平晶自标定共光路干涉仪制造技术

本发明专利技术公开了一种基于声光外差移相的平晶自标定共光路干涉仪，通过采用声光移频器外差干涉移相，有效避免干涉仪存在运动件，测量精度进一步提高，抗干扰性好，且研制难度与成本可以降低，尤其对于大口径面形的测量，相比机械驱动同样的优势更明显；同时，采用低频差外差干涉与高速面阵探测器连续采集，获得的信息量更丰富，更有利于精确解算相位，更有利于克服噪声等因素影响；另外，增加点衍射自标定光束，测量时用点衍射光预先标定参考镜，可以既降低了参考镜的精度要求，又提高了测量的精度，还降低了干涉仪研制的难度与成本。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种基于声光外差移相的平晶自标定共光路干涉仪，通过采用声光移频器外差干涉移相，有效避免干涉仪存在运动件，测量精度进一步提高，抗干扰性好，且研制难度与成本可以降低，尤其对于大口径面形的测量，相比机械驱动同样的优势更明显；同时，采用低频差外差干涉与高速面阵探测器连续采集，获得的信息量更丰富，更有利于精确解算相位，更有利于克服噪声等因素影响；另外，增加点衍射自标定光束，测量时用点衍射光预先标定参考镜，可以既降低了参考镜的精度要求，又提高了测量的精度，还降低了干涉仪研制的难度与成本。【专利说明】基于声光外差移相的平晶自标定共光路干涉仪
本专利技术涉及光学
，尤其涉及一种基于声光外差移相的平晶自标定共光路 干涉仪。
技术介绍
以深紫外光刻机投影曝光系统为代表的高端光学设备，对光学元件的加工、光学 系统的集成提出了极大挑战。干涉仪作为高精度光学元件加工和光学系统集成不可或缺的 核心检测设备，检测精度要求不断提高。 传统光学加工中采用的光学面形检测方法包括哈特曼传感器法、刀口法和轮廓法 等。这些方法分别存在着非数字化需主观判读或接触损伤待测件等不同的缺点，且很难达 到较高的测量精度，是简单测量方法。 干涉检测法早在百年前就已经被使用，属于非接触式测量，且具有大量程、高灵敏 度、高精度等特点，在高精度检测时被广泛应用，其原理是一束光照射标准的参考平面作为 参考光，另一束光照射被测面返回带有面形信息作为测量光，两束光干涉时由于光斑不同 位置相位不同产生光程差从而产生弯曲的干涉条纹，即可判断待测面的面形起伏。直到 1974年Bruning等人提出移相干涉技术，把通讯理论中同步相位探测技术引入到光学干涉 术中，使得干涉检测球面面形的精度大大提高。其基本原理是经过四步或多步移动待测元 件，以改变测试波和参考波之间的位相差，光强也随之改变，从而得到一系列的方程。最后， 通过求解方程组得到待测元件（或系统）的位相值。移相干涉技术已经相当成熟，在光学 检测领域具有不可替代的地位。 专利技术人在进行专利技术创造中发现现有技术主要存在如下缺陷： 1)用于球面检测的Twyman-Green型干涉检测系统：利用标准参考镜的反射波来 获得所需的参考波前。来自激光器的光束经扩束系统准直扩束后，由分光板分为两部分： 其中一部分平行光束通过分光板，并经标准镜会聚后由待测球面（其曲率中心位于标准镜 焦点处）反射回来，该部分光束作为检测光；另一部分平行光束由分光板反射后再经标准 参考镜反射回来，此部分光束作为参考光；参考光和检测光在分光板会合后，再经过成像系 统，进而在CCD上得到干涉条纹；同时，该系统通过PZT移相器对标准参考镜进行微位移移 相，来实现球面的多步移相检测。但是，该系统中测量光与参考光不共光路，对光路经过的 每一个光学元件的面形精度要求高，而且易受震动等外界环境影响。 2)用于球面检测的Fizeau干涉检测系统：利用标准镜上的参考面（平面或球面） 的反射波来获得所需的参考波前。经准直透镜准直后的输出光束经过一标准镜变成会聚 光，其中部分光束由标准镜上的参考球面反射回来，作为参考光；而经过标准镜的透射光则 由待测球面反射回来，作为检测光；反射回的参考光和检测光经分光板反射后，再通过成像 系统在CCD探测器上得到干涉图；同时，该系统通过PZT移相器对标准镜进行移相，即可实 现球面的多步移相检测。但是，该系统中由于采用机械移动作为移相方法，因此精度不够 高，且成本高，研制难度大；尤其对大口径面形的测量，精密机械驱动精度降低，测量精度也 随之降低。 3)波长移相斐索干涉仪。针对大口径面形的高精度移相检测，1999年前后提出的 波长移相斐索干涉仪可以较好的解决了压电推动移相的困难；其波长移相干涉仪光路与上 述Fizeau干涉检测系统相同，只是其中不用压电驱动机械移相，而是激光器既作为光源， 其波长又可以连续改变，起到移相器的作用，不再需要推动器件实现移相，可以简化了干涉 仪的机械结构；并且在测量中，大口径参考镜机械部分保持不动，消除了由于硬件移动引起 的各种误差，来提高测量精度。但是，实际上波长调谐激光器内进行波长调谐也是通过压电 机械推动或改变温度来改变谐振腔腔长，或通过机械旋转光栅等方法来改变激光波长，虽 然需要驱动的元件在激光腔内，口径重量比参考镜要小，但仍不可避免机械运动或温度改 变等手段造成的精度降低，并且可调谐激光器研制难度大，成本高；另外，可移相的步数有 限，获得的信息少，准确度仍无法满足高精度测量需求。 另外，现有的某些共光路外差干涉仪，由于需要一块面形精度极高的参考镜作为 标尺，参考镜的精度直接决定了最终的测量精度，而参考镜的制作难度与成本都极高，尤其 对大口径的干涉仪，参考镜直接制约了干涉仪的口径和精度。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于声光外差移相的平晶自标定共光路干涉仪，其具有 较高的精度与较高的抗干扰的能力，且研制难度与成本较低。 本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的： -种基于声光外差移相的平晶自标定共光路干涉仪，包括：激光器、第一与第二偏 振分光镜、第一、第二与第三声光频移器、第一与第二反射镜、合束镜、空间滤波器、点衍射 光波生成装置、第一分光镜、准直镜、平晶、直角棱镜或第二分光镜、成像镜与面阵探测器； 其中，所述激光器的出射光依次经过第一与第二偏振分光镜分束为a、b与C三路 光束，a光为第一偏振分光镜的反射光，b光为依次经过所述第一与第二偏振分光镜的穿透 光，c光为第二偏振分光镜的反射光；所述a光依次经过第一反射镜与第一声光频移器后射 入合束镜中；所述c光依次经过第二反射镜、第二声光频移器与可移动的角锥棱镜后射入 所述合束镜中；所述a光与c光在合束镜中合束后依次经过空间滤波器、分光镜与准直镜后 射入平晶中，其中一部分光通过平晶反射作为参考光，依次通过所述准直镜与第一分光镜 后射入所述直角棱镜或第二分光镜中，另一部分光穿透所述平晶射入待测样品并被反射作 为测量光，依次通过所述平晶、准直镜与分光镜后射入所述直角棱镜或第二分光镜中；所述 b光作为平晶的自标定光依次经过第三声光频移器、点衍射光波生成装置后射入所述直角 棱镜或第二分光镜中； 射入所述直角棱镜或第二分光镜中的光束经直角棱镜折转，由成像镜进入面阵探 测器形成具有空间相干性与时间相干性干涉条纹。 进一步的，所述激光器与第一偏振分光镜之间、所述第一与第二偏振分光镜之间， 以及所述第三声光频移器与点衍射光波生成装置之间还分别设有一半波片。 进一步的，a光与c光合束后，其中的c光通过平晶反射作为参考光，a光则穿透所 述平晶射入待测样品并被反射作为测量光。 进一步的，所述激光器的出射光为短相干光，使a光到待测样品与c光到平晶后返 回的光分别作为测量光与参考光进行干涉，其光程差由C光往返角锥棱镜多走的光程来补 偿，通过移动控制所述角锥棱镜的位置来控制适应不同光程差使其满足干涉条件，而其余 的光束间光程差都会因大于出射光的相干长度而不发生干涉。 进一步的，所述空间滤波器包括：显微物镜与滤波针孔，光束依次经过所述显微物 镜与滤波针孔进行本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于声光外差移相的平晶自标定共光路干涉仪，其特征在于，包括：激光器、第一与第二偏振分光镜、第一、第二与第三声光频移器、第一与第二反射镜、合束镜、空间滤波器、点衍射光波生成装置、第一分光镜、准直镜、平晶、直角棱镜或第二分光镜、成像镜与面阵探测器；其中，所述激光器的出射光依次经过第一与第二偏振分光镜分束为a、b与c三路光束，a光为第一偏振分光镜的反射光，b光为依次经过所述第一与第二偏振分光镜的穿透光，c光为第二偏振分光镜的反射光；所述a光依次经过第一反射镜与第一声光频移器后射入合束镜中；所述c光依次经过第二反射镜、第二声光频移器与可移动的角锥棱镜后射入所述合束镜中；所述a光与c光在合束镜中合束后依次经过空间滤波器、分光镜与准直镜后射入平晶中，其中一部分光通过平晶反射作为参考光，依次通过所述准直镜与第一分光镜后射入所述直角棱镜或第二分光镜中，另一部分光穿透所述平晶射入待测样品并被反射作为测量光，依次通过所述平晶、准直镜与分光镜后射入所述直角棱镜或第二分光镜中；所述b光作为平晶的自标定光依次经过第三声光频移器、点衍射光波生成装置后射入所述直角棱镜或第二分光镜中；射入所述直角棱镜或第二分光镜中的光束经直角棱镜折转，由成像镜进入面阵探测器形成具有空间相干性与时间相干性干涉条纹。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张文喜，相里斌，吕笑宇，李杨，伍洲，孔新新，周志盛，周志良，刘志刚，
申请(专利权)人：中国科学院光电研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11