点衍射干涉检测技术

本文介绍了点衍射干涉仪不同发展阶段的特点和应用。点衍射干涉仪由波长量级的针孔产生高质量的球面波作为参考波前,能够得到衍射极限性能的分辨率。按照不同的光路特点,点衍射干涉仪可分为点衍射共路干涉和点衍射非共路干涉两种结构,主要应用于高精度波前检测和面形检测。共路干涉结构简单紧凑,对环境振动不敏感,对光源相干度要求不高,可利用光束偏振态及光栅衍射分束的特性对传统点衍射板进行改造,在全共路点衍射干涉仪中引入时间相位调制技术和干涉对比度可调技术,可进一步提高波前检测精度。采用反射式针孔和各种光纤结构发展了非共路点衍射干涉仪,实现了大口径、高精度球面反射镜面形的测量。本文重点阐述了用于极紫外光刻投影物镜中高精度球面反射镜面形检测的反射式针孔点衍射干涉仪,并展望了点衍射检测技术在生物检测等领域的应用前景和发展趋势。     

移相显微干涉系统中的衍射效应分析

在移相型显微干涉轮廓仪中，由于显微放大系统对每幅干涉条纹图能通过的空间带宽有限，使得在最终计算重构样品细节形貌时出现畸变现象，通过模拟计算给出了对这种现象的分析，并给出了在定条件下改善该畸变现象的方法。     

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。     

点衍射球面检测中的斜反射波前像差校正

针对高精度点衍射球面检测系统中金属反射介质的偏振效应,分析了不同偏振态光束在不同孔径角范围情况下所引入的斜反射波前像差.通过数值仿真,对金属反射介质所引入的斜反射相移曲线特征进行了分析,并以此为基础,提出了相应的斜反射波前像差校正方法.利用高精度球面检测中点衍射干涉仪对所提出的校正方法进行了实验验证,并给出了相关实验结...     

激光干涉光路偏振移相误差分析

成像光谱仪能够获得目标表面图像特征和频谱特性,提高目标识别分析能力,在军用、民用领域有广泛应用。红外焦平面阵列的等光程间隔采样特性是限制光谱仪分辨率的重要因素。激光干涉光路与成像系统同光路,为红外焦平面阵列提供采样触发信号,实现等光程差采样。通过搭建激光偏振移相干涉光路,对干涉信号幅值和相位差进行理论分析和实际验证,最终调试得到两路正交干涉信号,相位差范围为84.6°~93°,反射透射光强幅值比例小于1∶1.05。实验结果表明,干涉光路中1/8波片角度、偏振分光片角度、探测器位置等参数是影响干涉信号幅值和相位差的重要因素。     

同步移相干涉仪中的延迟阵列移相特性研究

为了研究同步移相干涉仪中延迟阵列的移相特性,采用琼斯矢量和琼斯矩阵作为偏振光和偏振光传递的参量和模型,分析推导了延迟阵列的移相量与快轴方位角误差之间的传递关系,给出了误差传递函数公式,在没有精确校准延迟阵列快轴方位角的情况下,搭建了基于延迟阵列移相的测量装置,利用该装置和Zygo GPI XP型干涉仪测量同一块球面镜,测量波面均方根值相差0.003λ,峰谷值相差0.033λ。讨论了延迟阵列方位角误差容限和延迟量误差、偏振片透光轴方位角误差对测量结果的影响。     

光纤点衍射干涉仪中球面参考源偏振控制系统的设计

极紫外光刻光学检测通常使用光纤点衍射干涉仪,光纤衍射的圆偏振态光束可以提高干涉条纹的对比度、减小衍射球面波的像散,对于提高检测精度有十分重大意义。用穆勒矩阵分析了相位控制型偏振控制器的工作原理,得到只需两个控制通道就可以调控到圆偏振态的结论。设计了光纤点衍射干涉仪球面参考源的偏振控制系统,并用琼斯矩阵分析了光束经过偏振控制系统后的光强变化,得到光强最小时两个控制通道的控制电压。在理论分析基础上搭建了球面参考源的偏振控制系统,获得了圆偏振态所需的控制电压,并将其输入偏振控制器调控得到圆偏振光,实验结果表明此方法可以在不引入额外误差的同时,快速地实现圆偏振态的调节,并且理论计算与实际的误差不超过7.5%,证明了该方法的可行性。     

基于子孔径拼接的衍射干涉靶丸形貌检测技术

为实现惯性约束聚变实验中核心部件球形靶丸表面形貌的高精度、高效率、无遗漏检测,建立了基于子孔径拼接和衍射干涉技术相结合的靶丸形貌测量装置,给出了测量的基本原理及系统单孔径横向分辨率的计算方法,并对靶丸旋转扫描时子孔径的排布进行了划分。针对点云数据横向间隔过大导致匹配算法迭代收敛速度缓慢,甚至不收敛的问题,提出以虚拟的极小半径代替实际曲率半径,将点云进行横向压缩的方法,在保持形貌特征不变的同时提高算法的匹配速度和准确性。最后,对直径1 mm的镀金球靶进行了实际测量,得到拼接后相对形貌误差峰谷值和均方根值分别为1.332和0.479的检测结果,可以同时获得表面形貌的整体起伏特征,以及局部的形貌细节。     

基于子孔径拼接的衍射干涉靶丸形貌检测技术

为实现惯性约束聚变实验中核心部件球形靶丸表面形貌的高精度、高效率、无遗漏检测,建立了基于子孔径拼接和衍射干涉技术相结合的靶丸形貌测量装置,给出了测量的基本原理及系统单孔径横向分辨率的计算方法,并对靶丸旋转扫描时子孔径的排布进行了划分。针对点云数据横向间隔过大导致匹配算法迭代收敛速度缓慢,甚至不收敛的问题,提出以虚拟的极小半径代替实际曲率半径,将点云进行横向压缩的方法,在保持形貌特征不变的同时提高算法的匹配速度和准确性。最后,对直径1 mm的镀金球靶进行了实际测量,得到拼接后相对形貌误差峰谷值和均方根值分别为1.332和0.479的检测结果,可以同时获得表面形貌的整体起伏特征,以及局部的形貌细节。     

Fizeau型偏振移相干涉仪的实验研究

研究了一种Fizeau型偏振移相干涉仪。以中心波长为650nm的多纵模半导体激光器作为光源,利用光源的短相干特性和一套偏振延迟装置分出一对偏振方向正交的参考光和测试光,采用巴比涅-索列尔补偿器作为偏振移相器。测试了一块平行平板的前表面面形,面形PV值为0.0682λ,RMS值为0.0127λ。该方法的优点是移相精度高,移相时无须推动参考镜,适用于大口径光学系统的干涉测试,可消除多表面干涉杂散条纹的影响。     

移相干涉仪的抗振技术研究进展

在对光学元件面形进行检测和光学系统成像质量的评价中,移相干涉测量技术有着广泛地应用。但是,光学干涉仪的测量精度对环境的要求非常苛刻,环境的振动和空气的扰动会对测量结果产生很大影响。提高移相干涉仪的抗振性很有必要,受到广泛重视。国际上移相干涉仪的抗振技术主要包括主动抗振和被动抗振两方面,两种技术具有各自特点。     

两步相移数字全息物光重建误差分析与校正

系统研究了两步相移数字全息干涉术中相移误差引起的波前再现误差的计算和校正方法. 基于衍射物光相位分布的随机性和振幅相位的相互独立性原理,介绍了相移数字全息中物光波前再现误差的表达形式,推导出步长为π/2的两步算法中物光重建误差的表达式. 通过进一步分析这一重建误差的结构和特点,结合物光表达式,给出了自动校正相移误差引起的波前重建误差的校正方法. 该方法无需增加测量,在未知相移误差大小的情况下,只对标准两步相移算法恢复的物光复振幅进行处理就可以实现对物光振幅和相位的同时校正. 计算机模拟结果表明,校正后可将 关键词： 相移干涉术 数字全息 物光重建 误差校正     

用于相移点衍射干涉仪的加权最小二乘相位提取算法

针对现有的相位提取算法只对某些特定的误差不敏感,不能满足高精度光学检测的要求,本文引入一种等间隔多步移相算法—权重待定的加权最小二乘算法。通过在最小二乘算法中添加待定的权重,分析移相点衍射干涉仪中多种误差源对算法的影响,获得多组约束方程,从而确定权重和新算法。对新算法和标准四步算法、Hariharan五步算法进行比对分析,验证了新算法对PZT线性和二阶非线性移相不准、光强的一阶二阶波动和光源频率一阶二阶波动等误差抑制能力远远优于标准四步算法和Hariharan五步算法;新算法对CCD的量化误差、光强噪声、频率噪声的抑制能力也具有一定优势,且对CCD的二阶响应非线性完全不敏感。     

Wavefront measurement with a phase-shifting lateral-shearing Sagnac interferometer operating in broadband light

A phase-stepping lateral shearing Sagnac interferometer for wavefront measurement is described. Phase shifting is implemented using a polarisation modulator operating on the wavelength independent Pancharatnam's phase allowing accurate measurement of phase maps even with broadband light. We demonstrate the interferometer by measuring a range of different wavefront shapes using both laser and white light.     

偏振相位偏移电子散斑干涉术及其应用于变形测量

本文叙述了一种用于测量漫射表面变形的使用偏振相位偏移技术的电子散斑干涉术.由于采用共光路光学相位偏移技术,因而具有较高的稳定性;用计算机图像处理可精确地获得相位图;用去包裹技术(unwrapping)可直接得到表面变形的精确数据.     

双散斑场相移数字干涉计量

本文介绍了一种检测散射表面变形的自动测量系统。将相移和数字图像处理技术应用于数字散斑干涉计量中,毋须中间记录过程,在计算机控制下采集数据和计算相位,产生相位条纹而非相关条纹。用图像处理技术消除散斑随机性引起的噪声。文中给出了面内、离面变形的测量结果。     

Interferometric 3-D displacement measurement using wavefront analysis

We propose and demonstrate a novel interferometric technique for 3-D displacement measurement. The method is based on the analysis of the phase difference distribution measured when two coherent curved wavefronts originating from different locations interfere. Both the in-plane and out-of-plane displacements are found simultaneously from a single phase difference distribution. We find that our system could measure with an accuracy better than 1.5 μm for in-plane displacements and 36 μm for out-of-plane displacements over 1 mm range. This accuracy was limited by the output lens performance. Theoretical analysis reveals that sub-micron accuracy may be possible with more careful calibration.