高精度特種球面光學(xué)元件干涉檢測(cè)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

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

2、新問題展開深入研究。
　　針對(duì)大數(shù)值孔徑特種球面面形干涉檢測(cè)亞納米精度的技術(shù)難點(diǎn)，采用基于自然球面基準(zhǔn)的針孔式點(diǎn)衍射干涉檢測(cè)原理，利用有限時(shí)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(duì)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(jì)方案;建立了針孔式點(diǎn)衍射干涉儀實(shí)驗(yàn)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(cè)技術(shù)研究提供了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，也為目標(biāo)測(cè)量準(zhǔn)確度為亞納米的針孔式點(diǎn)衍射干涉儀工程樣機(jī)提供了理論和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)

3、。同時(shí)，提出了基于Radon變換獲取距離數(shù)值的針孔式點(diǎn)衍射干涉檢測(cè)無鏡成像技術(shù)，突破了干涉檢測(cè)成像系統(tǒng)的技術(shù)研制瓶頸，并進(jìn)行了理論推導(dǎo)、仿真分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
　　在大數(shù)值孔徑特種球面面形干涉檢測(cè)中，傳統(tǒng)的被測(cè)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(jí)檢測(cè)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(cè)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(duì)檢測(cè)中，去除了高階調(diào)整誤差對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響。通過仿真分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，有效的保證了大數(shù)值孔徑特種球面面形的亞納米級(jí)干涉檢測(cè)精度。
　　針對(duì)紫外光刻物鏡對(duì)大數(shù)值孔徑特種球面曲率半徑與透鏡焦距高精度檢測(cè)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(cè)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(xiàng)式系數(shù)之間的數(shù)學(xué)關(guān)系。進(jìn)行了曲率半徑和透鏡焦

5、距高精度波前差分干涉檢測(cè)方法的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)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(zhǔn)確研制提供了相互驗(yàn)證的高精度檢測(cè)方法。
　　針對(duì)高功率激光驅(qū)動(dòng)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(cè)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(cè)球面的曲率半徑。建立了球面大曲率半徑非零位干涉檢測(cè)裝置，校正了非零位系統(tǒng)中的回程誤差