高精度特種球面光學元件干涉檢測關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、球面光學元件相對于非球面光學元件和自由曲面光學元件具有結(jié)構(gòu)簡單、加工成本低廉和易于裝調(diào)等優(yōu)點，是現(xiàn)代光學系統(tǒng)中優(yōu)先選擇的基本光學元件之一。球面光學系統(tǒng)不但在傳統(tǒng)的數(shù)碼相機和醫(yī)療器械等民用產(chǎn)品中占有主導地位，而且在光刻物鏡和高功率激光驅(qū)動器等高科技前沿領(lǐng)域中發(fā)揮不可替代的重要作用。應用于光刻物鏡和高功率激光驅(qū)動器領(lǐng)域的球面光學元件，其特點是大數(shù)值孔徑和大曲率半徑，屬于特種球面。本文針對大數(shù)值孔徑和大曲率半徑特種球面干涉檢測過程中出現(xiàn)的若干

2、新問題展開深入研究。
　　針對大數(shù)值孔徑特種球面面形干涉檢測亞納米精度的技術(shù)難點，采用基于自然球面基準的針孔式點衍射干涉檢測原理，利用有限時域差分(FDTD)方法分析了衍射針孔的物理參數(shù)和裝調(diào)誤差對衍射波前質(zhì)量的影響;討論了系統(tǒng)硬件參數(shù)要求和系統(tǒng)的設(shè)計方案;建立了針孔式點衍射干涉儀實驗裝置，為后續(xù)大數(shù)值孔徑球面元件參數(shù)的高精度干涉檢測技術(shù)研究提供了實驗平臺，也為目標測量準確度為亞納米的針孔式點衍射干涉儀工程樣機提供了理論和實驗基礎(chǔ)

3、。同時，提出了基于Radon變換獲取距離數(shù)值的針孔式點衍射干涉檢測無鏡成像技術(shù)，突破了干涉檢測成像系統(tǒng)的技術(shù)研制瓶頸，并進行了理論推導、仿真分析和實驗驗證。
　　在大數(shù)值孔徑特種球面面形干涉檢測中，傳統(tǒng)的被測球面定位誤差一階校正方法已不再適用，不能滿足亞納米級檢測精度要求。本文提出了大數(shù)值孔徑球面面形調(diào)整誤差高階校正技術(shù)。探討了大數(shù)值孔徑被測球面的定位誤差引起的高階調(diào)整誤差的理論模型，提出了高階調(diào)整誤差的校正去除方法。在大數(shù)值孔徑

4、球面而形旋轉(zhuǎn)平移絕對檢測中，去除了高階調(diào)整誤差對檢測結(jié)果的影響。通過仿真分析和實驗驗證，有效的保證了大數(shù)值孔徑特種球面面形的亞納米級干涉檢測精度。
　　針對紫外光刻物鏡對大數(shù)值孔徑特種球面曲率半徑與透鏡焦距高精度檢測的雙重要求，本文提出了大數(shù)值孔徑球面曲率半徑與透鏡焦距的高精度波前差分干涉檢測方法。建立了波前差分理論模型，分析了大數(shù)值孔徑球面曲率半徑和透鏡焦距與差分波前的Zemike多項式系數(shù)之間的數(shù)學關(guān)系。進行了曲率半徑和透鏡焦

5、距高精度波前差分干涉檢測方法的實驗驗證。在紫外光刻物鏡工程研制過程中，為大數(shù)值孔徑球面元件的準確研制提供了相互驗證的高精度檢測方法。
　　針對高功率激光驅(qū)動系統(tǒng)中使用的大曲率半徑特種球面，其曲率半徑是影響激光光束質(zhì)量的關(guān)鍵參數(shù)。本文提出了基于虛擬牛頓環(huán)的大曲率半徑非零位干涉檢測技術(shù)。將圓載頻干涉條紋變換成線載頻干涉條紋，通過提取莫爾條紋信息得到被測球面的曲率半徑。建立了球面大曲率半徑非零位干涉檢測裝置，校正了非零位系統(tǒng)中的回程誤差