光刻物镜波像差检测平台移相装置的研制

针对基于剪切干涉原理的光刻投影物镜波像差检测设备中相移测量的需求,设计了一种移相装置.该装置采用了桥式放大机构,获得了较大放大比和相对紧凑的结构,从原理上对桥式放大机构进行了分析和讨论,得到了输入位移与其放大比之间的函数关系,并得到了其关系曲线,经过非线性有限元分析,对该装置的变形、受力和模态特性进行了验证,验证结果满足检测平台移相要求.     

Analysis of phase shift of the EAST fast control power supply

EAST装置的快控电源是用来维持等离子体在垂直方向稳定性的,由H桥逆变电路组成.为了增加电平数,使快控电源安全平稳地进行,可以采取载波移相的方法.利用双重Fourier变换,讨论了PWM的特点,分析了载波移相的原理.研究了输出电压电平数与调制比的关系,对不同调制比下的输出电平数做了仿真分析.并且提出了一种同时增加电平数和消除谐波的新调制方法,通过MATLAB仿真验证了分析结果的正确性.     

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EAST装置的快控电源是用来维持等离子体在垂直方向稳定性的,由H桥逆变电路组成。为了增加电平数,使快控电源安全平稳地进行,可以采取载波移相的方法。利用双重Fourier变换,讨论了PWM的特点,分析了载波移相的原理。研究了输出电压电平数与调制比的关系,对不同调制比下的输出电平数做了仿真分析。并且提出了一种同时增加电平数和消除谐波的新调制方法,通过MATLAB仿真验证了分析结果的正确性。     

平行光路方向运动的光栅多普勒效应及其在测微小位移中的应用

研究了光栅平行光路运动时产生的光的多普勒效应,用实验进行了验证,并将该原理应用到对微小位移量的检测中. 对原理进行了拓展,得到光栅以任意角度运动产生光的频移的普适公式.     

光学元件损伤在线检测装置及实验研究

 利用暗场成像原理，研制成功一套应用于大型激光装置的光学元件损伤在线检测装置，并在多程放大系统上进行了实验研究。与传统的检测手段相比，该检测装置可以实现对光学系统的在线检测，并可对损伤点的图像进行分析处理，最后提出通过减小像差和扩大检测范围的方法来改进该装置的检测效果。     

平板玻璃中部应力的偏振移相检测法

基于平面偏振干涉测量原理,提出了一种用于平板玻璃中部应力检测的偏振移相干涉测量法。通过旋转检偏器实现了偏振移相,采用建立的数学模型得到了应力双折射数值及其分布曲线,由玻璃的应力光学系数得到了中部应力值。对浮法平板玻璃样品的中部应力进行了实验研究,结果表明,所提方法的测量误差可控制在3%以内,测量重复性优于1nm/cm,验证了所提方法的可行性。     

基于数字锁相放大技术的强噪声背景下检测微弱信号教学实验

介绍了锁相放大技术在噪声背景下检测微弱交流信号的原理,研制出结合锁相放大器使用的微弱信号检测教学设备及其实验系统.利用OE1022型锁相放大器进行噪声中微弱交流信号测量实验,验证该系统功能.实验结果表明:使用该实验系统可以准确检测淹没在有效值比自身高104的白噪声中的微伏级交流信号.     

基于波长移相调谐的多表面干涉研究

为了解决不同厚度下平行平晶的多表面干涉效应对光学元件面形检测的影响,提出了基于波长移相调谐原理的多表面干涉面形检测方法。根据波长移相调谐原理,推算出不同厚度下被测元件与测试腔长的比例关系,通过对多表面干涉图进行离散傅里叶变换,进而提取出平行平晶前后表面面形的相位信息。实验结果表明:与ZYGO公司GPI干涉仪测量结果对比,厚度分别为10mm和40mm的两块平行平晶,测试结果偏差很小,验证了算法的有效性。     

结合线性变换和非线性变换的放大算法研究

非线性放大能在保持图像上下文关联的情况下对目标进行放大.利用球面几何模型得到了一种非线性的映射关系，并通过分析得到了该映射关系在图像变换中可以得到非线性放大的效果.为了进行有效的观察，避免感兴趣区域的中心出现变形，采用结合线性和非线性变换的方法对图像进行放大.实际应用的结果表明，该算法不仅可以放大感兴趣区域，而且能有效的保持上下文的关联关系，是一种有效的图像放大算法.     

空域移相偏振点衍射波前检测技术

点衍射干涉仪结构简单、共光路、测量精度高, 空域移相干涉仪抗振性能优越, 两者在波前检测领域获得了广泛的应用. 本文采用激光打孔技术, 通过在金属纳米线栅偏振片上制备小孔, 制作了偏振点衍射板; 结合分光结构的空域移相技术, 搭建了空域移相偏振点衍射干涉仪, 并对一焦距为550 mm, F_#10的平行光管准直物镜透射波前进行测量, 与法国Phasics公司生产的商业化波前传感器SID4的测量结果相比较, 两者峰谷值相差0.09λ, 均方根值相差0.012λ ; 利用35项Zernike多项式拟合两者的测量结果, 将拟合得到的系数在同一坐标轴下绘制成两条曲线, 两者基本重合, 从而验证了所搭建的空域移相偏振点衍射波前检测装置的测试精度. 从而在传统点衍射干涉仪的基础上引入了空域移相技术, 实现了波前的高分辨率、高精度、实时检测, 并且提高了对振动、气流等环境因素的抗干扰能力.     

一种朗契检验新方法

为了较快、较高准确度地检验大波差的非球面或球面,将一个液晶显示器作为低频光栅和移相装置被用于朗奇检验，在小液晶显示器上由计算机生成光栅图，代替普通光栅和步进电机.消除了因电机移动引起的移相误差，消除了因转动光栅的角度不能正好达到90°而引起的误差.以一个非球面为例，做了移相测试及波面复原.实验表明液晶显示器可作为一个光栅和移相装置.     

Experimental validation of closed-loop adaptive optics based on a self-referencing interferometer wavefront sensor and a liquid-crystal spatial light modulator

A closed-loop adaptive optics system based on a self-referencing interferometer wavefront sensor (SRI WFS) using phase-shifting point-diffraction technique and an electrically addressed phase-only liquid-crystal spatial light modulator (LC SLM) is built and validated experimentally. The wavefront aberration of incoming beam is directly measured by analyzing four frames phase-shifted interferograms captured by a single CCD camera in two camera shots, and then by loading the conjugate function onto the SLM the wavefront aberration is corrected. The proposed scheme does not rely on any complicated control algorithm or wavefront-reconstruction algorithm and can achieve high-resolution and high-accuracy correction. Closed-loop correction results of single order Zernike aberrations and a Kolmogorov turbulence phase screen show that considerable improvements in the Strehl ratio (of greater than 0.94) is achieved.     

非球面数字波面检测技术

提出了一种快速检测浅度非球面（非球面度小于0.01 mm）的方法,该方法无需补偿器或其他辅助光学元件进行零位补偿。用移相干涉仪直接测量正轴或离轴的浅度凹非球面,剔除平移、倾斜、失焦等调整误差后,得到实际被测镜面的面形分布数据;根据正轴或离轴的浅度凹非球面矢高方程计算理想非球面的面形分布数据,得到理论波面数据,用实测的面形分布数据减去理论的面形分布数据即可得到被检非球面的剩余波像差,即面形误差。利用该方法测量了一口径为135 mm的双曲面,并用零位补偿法加以验证。两种方法的检测结果精度相当,说明数字波面法可实际应用于正轴或离轴的浅度凹非球面的检测。     

基于衍射光栅曲率波前传感器的实时波前重构研究

自适应光学系统要求波前传感器能实现动态实时测量,曲率波前传感技术符合这一发展要求。一种新型的基于扭曲衍射光栅的曲率波前传感器在探测装置的实现方法方面具有较大优势,其波前重构已应用于光学度量。根据衍射光学理论,对其探测信号进行数值模拟,并利用Neumann边界条件的Green函数法对其波前重构进行数值模拟。结果表明：Green函数法归结为2矩阵相乘,计算速度快,达到实时重构要求; Green函数法对阶数不高的Zernike多项式重构效果较好;影响重构误差的主要因素是光强梯度的边界噪声。     

基于波长移相剪切干涉的准直波前重构技术

为了实现干涉仪出射准直波前的重构，提出了基于波长调谐移相的横向剪切干涉技术。干涉仪出射波前分别经楔板的前后表面反射，通过角锥棱镜返回后在干涉仪CCD上形成剪切干涉条纹。采用波长移相方法提取剪切干涉条纹的相位信息从而实现准直波前重构。分析相对剪切比对波面重构精度的影响，推导相对剪切比和其影响因素间的关系公式，给出波长移相中光程差常数分量的估算方法。测量干涉仪的三组出射波前，波前的峰谷值分别为3.22λ、2.10λ、0.83λ。该方法简化了传统测量干涉仪准直波前的横向剪切干涉装置，提高了测量精度，特别适合于测量波长移相干涉仪的出射波前。     

超快激光抽运-探测中探针光时间延迟量的 实时测量原理与光学设计

为了在飞秒激光抽运-探测(pump-probe)的超快测量中对探针光时间延迟量进行实时检测与有效控制,提出了一种四路同步移相干涉的光学测量系统.应用琼斯理论对该光学测量系统进行了优化设计与计算,推导出同步移相干涉系统各帧干涉图相应点的光强表达式,确定了相邻干涉图之间的相移步长,并给出了相位延迟量测量的解析表达式.最后,对光学系统在检测中可能存在的误差进行了计算分析,结果表明,系统的设计不仅能满足超快pump-probe精度的基本要求,而且优于目前同步移相干涉测量的光学设计,对于800 nm中心波长的探针光在理论上可达阿秒级的时间分辨率. 关键词： 超快抽运-探测 时间延迟量 同步移相干涉 琼斯矩阵     

Determination of wavefront aberrations using a Fabry-Perot cavity

A new method for detecting wavefront aberrations using a Fabry-Perot cavity is described. A Fabry-Perot cavity transmits the cavity eigenmode which satisfies a resonance condition, while the other modes are reflected from the cavity. Utilizing this mode discrimination property, we can extract aberration components from incident aberrated light as reflected light from the cavity. Under the condition of a weak aberration, the amplitude profile of the reflected light can be approximated to the wavefront aberration. We can therefore determine the wavefront aberrations in a visualized form with the technique. We present the detection scheme and the first experimental verification of the technique. The detected aberration using this technique was in good agreement with the result on the basis of a conventional wavefront sensor.     

基于矢量波像差理论的两反光学系统装调研究

 为了实现对两反光学系统的精密装调,提出一种基于矢量波像差理论和波像差检测技术对失调量精确求解的装调方法。使用矢量波像差理论,将已设计的两反光学系统参数、失调量和失调光学系统的波像差之间建立方程;然后通过干涉测量法得到某一个视场的干涉图,利用条纹分析软件得到表征失调系统三阶彗差和三阶像散的泽尼克项系数,将泽尼克项系数代入方程从而求解出失调量。运用此方法对4 m口径RITCHEY-CHR-TIEN结构的天文望远镜进行模拟装调,最终求解的失调量与引入的失调量结果相互吻合,说明该装调方法正确。     

用H-S波前传感器测量穿过超声速流场的激光像差特性

 用Hartmann-Shack(H-S)波前传感器可以准确测量穿过超声速流场的激光波面及其变化过程，进一步计算可以获得光束质心漂移、远场分布等数据。给出了H-S方法测量穿过超声速流场激光波面的原理，采用模式法进行了波前重构，计算了在几种流场条件下的激光波面像差特性PV值，RMS值和Zernike像差系数、Strehl比和环围能量曲线等。结果表明，H-S法可以很好地反映流场建立、稳定和结束过程中Zernike像差的变化。比较无流场和给定参数的超声速流场，激光穿越后产生的最明显的像差变化为离焦和低阶像散的增大。在相同流场参数下，无模型时光束质量好于有模型时光束质量。     

光栅波像差对脉冲压缩的影响

 采用光线追迹的方法，对脉冲压缩光栅系统波像差进行理论研究，构建了有像差脉冲压缩光栅对分析模型，使用该模型通过模拟计算得出了波像差对脉冲压缩效果的影响。理论分析结果表明：脉冲压缩光栅系统最大波像差不大于λ/4时，脉冲压缩比的最大变化率约为2%。脉冲压缩光栅对系统达到衍射极限时，在选择适当的入射角度时,光栅波像差所引起的脉冲压缩比变化并不大。