專利名稱：一種條紋對比度可調(diào)的大數(shù)值孔徑點衍射干涉裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光學(xué)測量技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種條紋對比度可調(diào)的大數(shù)值孔徑點衍射干涉裝置及方法。
背景技術(shù)：
隨著光刻機等光學(xué)加工技術(shù)的不斷發(fā)展，對于光學(xué)檢測儀器提出了很高的精度要求。泰曼-格林干涉儀和斐索干涉儀等傳統(tǒng)干涉檢測系統(tǒng)都是利用具有較高面形精度的標準鏡頭來獲得參考波面，但由于受到光學(xué)制造以及加工費用等限制，傳統(tǒng)干涉檢測系統(tǒng)的精度都受到了標準鏡頭面形精度的限制，目前諸如美國的Zygo和Wyko等商業(yè)干涉儀的面形檢測精度峰谷值只能達到λ /2(Γ λ /50。因此，實際測量中難以直接通過利用標準鏡獲得參考波面的干涉檢測方法來滿足高精度光學(xué)球面檢測的需要。
點衍射干涉儀基于小孔衍射方法來獲得理想球面波前，并將其中一部分作為參考波前，另一部分作為檢測波前，由此實現(xiàn)高精度球面檢測。點衍射干涉儀無需精密標準鏡頭，可實現(xiàn)納米量級、甚至于亞納米量級的面形檢測精度，同時具有很高的精度再現(xiàn)性。由于針孔點衍射干涉儀的條紋對比度是不可調(diào)的，因而通常只適用于高反射率球面的面形檢測。但對于未鍍反射膜或者拋光過程中的低反射率待測球面，其反射率僅為4%左右，從而導(dǎo)致干涉條紋對比度變差。條紋對比度不理想不但會給條紋處理帶來困難，而且還會影響最終的面形檢測精度。目前針孔點衍射干涉儀對于低反射率球面的檢測主要是通過在待測面形上鍍反射膜，進而得到較為理想的條紋對比度，但在多數(shù)情況下該處理方法難以滿足實際應(yīng)用要求。中國發(fā)明專利“可用于低反射率光學(xué)球面面形檢測的偏振點衍射干涉系統(tǒng)”(申請?zhí)?01010224868. I)基于偏振技術(shù)實現(xiàn)針孔點衍射干涉系統(tǒng)的條紋對比度可調(diào)功能，解決了其難以實現(xiàn)低反射率球面高精度檢測的問題。此外，目前國內(nèi)外已公開的針孔點衍射干涉系統(tǒng)中，基本都是利用亞微米量級甚至更小尺寸的衍射針孔來實現(xiàn)大數(shù)值孔徑球面檢測，通過微小尺寸針孔衍射來獲得大孔徑角的衍射波前，進而實現(xiàn)大數(shù)值孔徑球面的高精度檢測。但是微小尺寸針孔衍射會使得衍射光斑能量變得非常微弱，這不但會給檢測系統(tǒng)的調(diào)整帶來困難，而且對系統(tǒng)中探測器感光靈敏度和成本費用等都提出了很高的要求。因而，如何在微米量級的大衍射針孔尺寸下實現(xiàn)對大數(shù)值孔徑球面、尤其是低反射球面的高精度面形檢測，這是一個難點，而利用本發(fā)明所提出的一種條紋對比度可調(diào)的大數(shù)值孔徑點衍射干涉裝置及方法，則可很好的解決該問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有針孔點衍射干涉儀在大尺寸衍射針孔情況下難以實現(xiàn)對大數(shù)值孔徑球面、尤其是低反射球面的高精度面形檢測的問題，提供一種條紋對比度可調(diào)的大數(shù)值孔徑點衍射干涉裝置及方法。條紋對比度可調(diào)的大數(shù)值孔徑點衍射干涉裝置包括線偏振激光器、二分之一波片、第一個四分之一波片、準直擴束系統(tǒng)、顯微物鏡、點衍射板、第二個四分之一波片、待測球面、壓電移相器、準直透鏡、第三個四分之一波片、檢偏器、成像透鏡、探測器和計算機；線偏振激光器、二分之一波片、第一個四分之一波片、準直擴束系統(tǒng)、顯微物鏡、點衍射板、準直透鏡、第三個四分之一波片、檢偏器、成像透鏡、探測器、計算機順次相連；點衍射板、第二個四分之一波片、待測球面、壓電移相器、計算機順次相連；點衍射板包括玻璃基底、金屬反射膜和衍射針孔三部分，金屬反射膜鍍于玻璃基底之上，金屬反射膜上設(shè)有衍射針孔。所述的第二個四分之一波片為具有光束聚焦功能的真零級四分之一波片，該真零級四分之一波片包括大數(shù)值孔徑消球差正透鏡基底和粘合于大數(shù)值孔徑消球差正透鏡基底上面的波片薄膜兩部分，其中粘合有波片薄膜的一面朝向衍射針孔。條紋對比度可調(diào)的大數(shù)值孔徑點衍射干涉檢測方法是線偏振激光器經(jīng)二分之一波片和第一個四分之一波片組合調(diào)節(jié)得到圓偏振光，再經(jīng)準直擴束系統(tǒng)后產(chǎn)生平行光，由顯微物鏡會聚到點衍射板的衍射針孔上，點衍射球面波前的其中一部分作為參考波前W2，另一部分作為檢測波前W1，檢測波前Wl通過一快軸方向與X軸成45°夾角的第二個四分之一波片后會聚于O點處得到球面波前W1’，經(jīng)待測球面反射回來的反射光波再次通過第 二個四分之一波片后得到旋向與參考波前W2相反的圓偏振光，再經(jīng)點衍射板上的金屬反射膜反射，檢測波前Wl和參考波前W2會合后經(jīng)過準直透鏡變?yōu)槠矫娌?，?jīng)過一個快軸方向與X軸成45°夾角的第三個四分之一波片后變成兩個偏振方向相互垂直的線偏振光,再分別通過檢偏器和成像透鏡后于探測器上得到干涉條紋；通過調(diào)節(jié)檢偏器的透光軸方向，可調(diào)整檢測光束和參考光束間的相對光強，從而達到干涉條紋對比度可調(diào)的目的；利用計算機控制壓電移相器對待測球面進行多步移相測量，并利用探測器實時采集對應(yīng)干涉圖，再根據(jù)多步移相算法對所采集的干涉圖數(shù)據(jù)處理，同時校正由第二個四分之一波片所引入的誤差，從而實現(xiàn)對待測球面的高精度面形檢測。所述由第二個四分之一波片(7)所引入的誤差的校正方法為利用調(diào)整精度可達微米量級的平移臺，移動第二個四分之一波片和待測球面，調(diào)節(jié)第二個四分之一波片到衍射針孔的距離Dl和待測球面到檢測光束會聚點O處的距離D2，直至觀察到干涉條紋的形狀變化成為直條紋狀態(tài)，然后根據(jù)光線追跡方法得到對應(yīng)的第二個四分之一波片所引入的波前像差數(shù)據(jù)W7，可將其作為系統(tǒng)誤差存儲于計算機的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中，并在實際測量過程中對其加以校正，也即W0=W-W7式中，W為實際測得包含有系統(tǒng)誤差的波面數(shù)據(jù)，W7為第二個四分之一波片所引入的波前像差數(shù)據(jù)，W0為消除第二個四分之一波片所引入波前像差影響后的待測球面波前數(shù)據(jù)。本發(fā)明通過引入具有光束聚焦功能的真零級四分之一波片，實現(xiàn)對光束偏振態(tài)的變換和檢測波前孔徑角的放大，從而可基于大尺寸衍射針孔解決衍射波前孔徑角與光斑能量的矛盾問題，實現(xiàn)條紋對比度可調(diào)以及大數(shù)值孔徑球面的高精度檢測，并且該干涉系統(tǒng)極大的簡化了檢測系統(tǒng)的調(diào)整難度，同時降低了對探測器的性能等要求，進而為大數(shù)值孔徑球面、尤其是低反射率球面的高精度面形檢測提供了可行的方法。


下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明進一步說明。圖I是條紋對比度可調(diào)的大數(shù)值孔徑點衍射干涉裝置示意圖；圖2是條紋對比度可調(diào)的大數(shù)值孔徑點衍射干涉裝置第二個四分之一波片結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是條紋對比度可調(diào)的大數(shù)值孔徑點衍射干涉裝置第二個四分之一波片引入波前像差分布；圖4是本發(fā)明實施例中曲率半徑為500_、數(shù)值孔徑為O. 35待測球面在干涉裝置中測得波面數(shù)據(jù)圖。圖中線偏振激光器I、二分之一波片2、第一個四分之一波片3、準直擴束系統(tǒng)4、顯微物鏡5、點衍射板6、玻璃基底61、金屬反射膜62和衍射針孔63、第二個四分之一波片 7、大數(shù)值孔徑消球差正透鏡基底71、波片薄膜72、待測球面8、壓電移相器9、準直透鏡10、第三個四分之一波片11、檢偏器12、成像透鏡13、探測器14、計算機15。
具體實施例方式如圖I所示，條紋對比度可調(diào)的大數(shù)值孔徑點衍射干涉裝置包括線偏振激光器I、二分之一波片2、第一個四分之一波片3、準直擴束系統(tǒng)4、顯微物鏡5、點衍射板6、第二個四分之一波片7、待測球面8、壓電移相器9、準直透鏡10、第三個四分之一波片11、檢偏器12、成像透鏡13、探測器14和計算機15 ;線偏振激光器I、二分之一波片2、第一個四分之一波片3、準直擴束系統(tǒng)4、顯微物鏡5、點衍射板6、準直透鏡10、第三個四分之一波片11、檢偏器12、成像透鏡13、探測器14、計算機15順次相連；點衍射板6、第二個四分之一波片7、待測球面8、壓電移相器9、計算機15順次相連。其中，顯微物鏡5為長工作距離顯微物鏡，以避免點衍射板6在調(diào)整過程中與顯微物鏡5發(fā)生碰撞；點衍射板6包括玻璃基底61、金屬反射膜62和衍射針孔63三部分，并且金屬反射膜62鍍于玻璃基底61之上，再利用聚焦離子束刻蝕法在金屬反射膜62上加工出理想圓度的衍射針孔63。 所述的第二個四分之一波片7為具有光束聚焦功能的真零級四分之一波片，該真零級四分之一波片包括大數(shù)值孔徑消球差正透鏡基底71和粘合于大數(shù)值孔徑消球差正透鏡基底上面的波片薄膜72兩部分，其中粘合有波片薄膜72的一面朝向衍射針孔63，如圖2所示。其中，大數(shù)值孔徑消球差正透鏡基底71可以實現(xiàn)對檢測波前Wl的孔徑角Q1進行放大，以使得經(jīng)其會聚后的球面波前W1’的孔徑角θ2大于入射的檢測波前Wl孔徑角Q1(θ 2> Θ J?；谠摲椒ǎ衫梦⒚琢考壍拇蟪叽缪苌溽樋?3所得到的小孔徑角范圍內(nèi)的理想衍射波前來實現(xiàn)對大數(shù)值孔徑待測球面8的高精度檢測；同時，該方法也可降低干涉裝置的調(diào)整難度，并且可得到充足的點衍射光斑能量，從而降低對探測器性能等要求。由于檢測波前Wl為球面發(fā)散波前，第二個四分之一波片7對于不同光束會引入不同的相移量，從而會引入額外的波前像差，為了最大程度上降低第二個四分之一波片7對于檢測波前Wl所引入的額外波前像差，所采用第二個四分之一波片7為具有大有效接受角度的真零級四分之一波片。同時，在第二個四分之一波片7的安裝中，應(yīng)使其中粘合有波片薄膜72的一面朝向衍射針孔63，以縮小波片的入射光孔徑角范圍，進而可進一步減小對檢測波前Wl所引入的額外波前像差。圖2所示為一種條紋對比度可調(diào)的大數(shù)值孔徑點衍射干涉裝置第二個四分之一波片7的結(jié)構(gòu)示意圖。
條紋對比度可調(diào)的大數(shù)值孔徑點衍射干涉檢測方法是線偏振激光器I經(jīng)二分之一波片2和第一個四分之一波片3組合調(diào)節(jié)得到圓偏振光，再經(jīng)準直擴束系統(tǒng)4后產(chǎn)生平行光，由顯微物鏡5會聚到點衍射板6的衍射針孔63上，點衍射球面波前的其中一部分作為參考波前W2，另一部分作為檢測波前Wl，檢測波前Wl通過一快軸方向與X軸成45°夾角的第二個四分之一波片7后會聚于O點處得到球面波前W1’，經(jīng)待測球面8反射回來的反射光波再次通過第二個四分之一波片7后得到旋向與參考波前W2相反的圓偏振光，再經(jīng)點衍射板6上的金屬反射膜62反射，檢測波前Wl和參考波前W2會合后經(jīng)過準直透鏡10變?yōu)槠矫娌?，?jīng)過一個快軸方向與X軸成45°夾角的第三個四分之一波片11后變成兩個偏振方向相互垂直的線偏振光，再分別通過檢偏器12和成像透鏡13后于探測器14上得到干涉條紋；通過調(diào)節(jié)檢偏器12的透光軸方向，可調(diào)整檢測光束和參考光束間的相對光強，從而達到干涉條紋對比度可調(diào)的目的；利用計算機15控制壓電移相器9對待測球面8進行多步移相測量，并利用探測器14實時采集對應(yīng)干涉圖，再根據(jù)多步移相算法對所采集的干涉圖數(shù)據(jù)處理，同時校正由第二個四分之一波片7所引入的誤差，從而實現(xiàn)對待測球面8的高精度面形檢測。 在一種條紋對比度可調(diào)的大數(shù)值孔徑點衍射干涉裝置中，為了基于大尺寸衍射針孔同時實現(xiàn)對大數(shù)值孔徑球面的高精度檢測以及條紋對比度可調(diào)功能，可通過在檢測裝置中引入偏振光學(xué)元件來改變光束偏振態(tài)，并利用大數(shù)值孔徑正透鏡光學(xué)元件對檢測波前Wi的孔徑角進行放大，最后通過調(diào)節(jié)干涉光中檢測波和參考波分量的相對光強，進而可滿足大數(shù)值孔徑、低反射率球面的高精度面形檢測需要。其中，通過線偏振激光器I前的二分之一波片2和第一個四分之一波片3組合調(diào)節(jié)，可以得到不同光束偏振態(tài)。在點衍射干涉裝置中，點衍射波前的球面度會受到光束偏振態(tài)的影響；同時，檢測波前Wl在點衍射板6的金屬反射膜62上反射時，會對不同方向的光束引入不同相移量，從而會在檢測波前Wl中引入額外的像差量，并且該像差量的大小與光束偏振態(tài)有關(guān)。為了最大程度上降低光束偏振態(tài)對于最后面形檢測精度的影響，可通過二分之一波片2和第一個四分之一波片3組合將光束偏振調(diào)節(jié)至圓偏振態(tài)。為了降低干涉裝置的調(diào)整難度，同時得到充足的點衍射光斑能量，以降低對探測器性能等要求，裝置中的衍射針孔63可采用微米量級的大尺寸圓孔。而干涉裝置是通過調(diào)節(jié)其中檢偏器12的透光軸方向以實現(xiàn)干涉條紋對比度的調(diào)節(jié)目的。所述由第二個四分之一波片(7)所引入的誤差的校正方法為利用調(diào)整精度可達微米量級的平移臺，移動第二個四分之一波片7和待測球面8，調(diào)節(jié)第二個四分之一波片7到衍射針孔63的距離Dl和待測球面8到檢測光束會聚點O處的距離D2，直至觀察到干涉條紋的形狀變化成為直條紋狀態(tài)，然后根據(jù)光線追跡方法得到對應(yīng)的第二個四分之一波片7所引入的波前像差數(shù)據(jù)W7，可將其作為系統(tǒng)誤差存儲于計算機15的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中。第二個四分之一波片7所引入的誤差包括來自于大數(shù)值孔徑消球差正透鏡基底71和粘合于大數(shù)值孔徑消球差正透鏡基底上面的波片薄膜72兩部分。在實際測量過程中可對存儲于計算機15的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中的第二個四分之一波片7引入系統(tǒng)誤差加以校正，也即并在實際測量過程中對其加以校正，也即W0=W-W7式中，W為實際測得包含有系統(tǒng)誤差的波面數(shù)據(jù)，W7為第二個四分之一波片7所引入的波前像差數(shù)據(jù)，V0為消除第二個四分之一波片7所引入波前像差影響后的待測球面波前數(shù)據(jù)。實施例實施例中對一個曲率半徑為500mm、數(shù)值孔徑為O. 35和反射率為4%的低反射率待測球面8進行面形檢測。出射光波長λ為632. Snm的線偏振激光器I經(jīng)二分之一波片2和第一個四分之一波片3組合調(diào)節(jié)得到右旋圓偏振光，再經(jīng)準直擴束系統(tǒng)4后產(chǎn)生平行光，由一個倍率為50 X、數(shù)值孔徑為O. 50以及工作距離為10. 6mm的長工作距離顯微物鏡5會聚到點衍射板6的衍射針孔63上。圖I中點衍射板6的玻璃基底61為O. 5mm厚度的石英玻璃基底；鍍于玻璃基底61上面的金屬反射膜62為250nm厚度的鉻金屬膜；利用聚焦離子束刻蝕法在金屬反射膜62上加工直徑為3 μ m衍射針孔63，利用最小二乘圓法得到該針孔對應(yīng)的圓度誤差約為18nm，因而可將其視為理想圓孔。衍射針孔63出射的點衍射球面波前可作為理想的球面波前，并且其中一部分作為參考波前W2,另一部分作為檢測波前Wl。 檢測波前Wl通過一快軸方向與X軸成45°夾角的第二個四分之一波片7后會聚于O點處得到球面波前W1’，經(jīng)待測球面8反射回來的反射光波再次通過第二個四分之一波片7后得到旋向與參考波前W2相反的左旋圓偏振光。其中，第二個四分之一波片7為真零級四分之一波片，波片薄膜72的雙折射材料采用石英晶體，對應(yīng)于632. 8nm光波長的 n0=l. 54264以及ne=l. 55170 ;玻璃基底71采用大數(shù)值孔徑消球差正透鏡，其中心厚度為
8.5mm、焦距為15mm，如圖2所示。同時，在元件布局安裝過程中，將粘合有波片薄膜72的一面朝向衍射針孔63，以縮小波片的入射光孔徑角范圍，進而可減小對檢測波前Wl所引入的額外波前像差。利用3μπι衍射針孔63得到衍射光斑中的一半孔徑角所對應(yīng)的波前Wl數(shù)值孔徑為O. 20，當其經(jīng)過第二個四分之一波片7進行孔徑角放大后，可得到檢測波前W1’數(shù)值孔徑變?yōu)镺. 45，因而可以滿足數(shù)值孔徑為O. 35的待測球面全口徑檢測要求。檢測波前Wl (左旋圓偏振光)經(jīng)點衍射板6上的金屬反射膜62反射，并與參考波前W2 (右旋圓偏振光)會合后經(jīng)過準直透鏡10變?yōu)槠矫娌?，?jīng)過一個快軸方向與X軸成45°夾角的第三個四分之一波片11后變成兩個偏振方向相互垂直的線偏振光，再分別通過檢偏器12和成像透鏡13后于探測器14上得到干涉條紋；通過調(diào)節(jié)檢偏器12的透光軸方向，可調(diào)整檢測光束和參考光束間的相對光強，從而達到干涉條紋對比度可調(diào)的目的；利用計算機15控制壓電移相器9對待測球面8進行多步移相測量，并利用探測器14實時采集對應(yīng)干涉圖，再利用多步移相算法對所采集的干涉圖數(shù)據(jù)處理，再根據(jù)多步移相算法對所采集的干涉圖數(shù)據(jù)處理，同時校正由第二個四分之一波片7所引入的誤差，即可實現(xiàn)對待測球面8的高精度面形檢測。利用調(diào)整精度可達微米量級的平移臺，移動第二個四分之一波片7和待測球面8，調(diào)節(jié)第二個四分之一波片7到衍射針孔63的距離Dl和待測球面8到檢測光束會聚點O處的距離D2，并觀察裝置中干涉條紋形狀的變化。當?shù)诙€四分之一波片7到衍射針孔63的距離Dl和待測球面8到檢測光束會聚點O處的距離D2分別調(diào)節(jié)至150mm和500mm時，可以觀察到干涉條紋由彎曲條紋變?yōu)橹睏l紋狀態(tài)。然后根據(jù)光線追跡方法得到第二個四分之一波片7對應(yīng)O. 45數(shù)值孔徑范圍內(nèi)所引入的波前像差數(shù)據(jù)W7分布如圖3所示，其對應(yīng)的峰谷值和均方根值分別為O. 0120 λ和O. 0603 λ。第二個四分之一波片7所引入的誤差包括來自于大數(shù)值孔徑消球差正透鏡基底71和粘合于大數(shù)值孔徑消球差正透鏡基底上面的波片薄膜72兩部分?？蓪⑵渥鳛橄到y(tǒng)誤差存儲于計算機15的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中。在實際高精度球面面形檢測過程中，可將第二個四分之一波片7對應(yīng)O. 45數(shù)值孔徑范圍內(nèi)所引入的波前像差數(shù)據(jù)W7作為系統(tǒng)誤差存儲于計算機15的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中。在對數(shù)值孔徑為
O.35 O. 45)的待測球面進行檢測時，所對應(yīng)的第二個四分之一波片7引入波前像差值可從已儲存的波前像差數(shù)據(jù)W7 (對應(yīng)數(shù)值孔徑為O. 45)相應(yīng)的子區(qū)域數(shù)據(jù)中直接提取出來，并在后續(xù)數(shù)據(jù)處理 中對其加以校正。最后得到經(jīng)消除第二個四分之一波片7所引入波前像差影響后的待測球面波前Wtl分布如圖4所示。利用該干涉裝置對待測球面8進行面形檢測，測得波面數(shù)據(jù)經(jīng)計算機15的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)存儲校正處理后，可最終實現(xiàn)的面形檢測精度均方根值優(yōu)于O. OOlO λ，可滿足大數(shù)值孔徑、低反射率球面高精度面形檢測要求。
權(quán)利要求
1.一種條紋對比度可調(diào)的大數(shù)值孔徑點衍射干涉裝置，其特征在于，它包括線偏振激光器(I)、二分之一波片(2)、第一個四分之一波片(3)、準直擴束系統(tǒng)(4)、顯微物鏡(5)、點衍射板￠)、第二個四分之一波片(7)、待測球面(8)、壓電移相器(9)、準直透鏡(10)、第三個四分之一波片(11)、檢偏器(12)、成像透鏡(13)、探測器(14)和計算機(15);線偏振激光器(I)、二分之一波片(2)、第一個四分之一波片(3)、準直擴束系統(tǒng)(4)、顯微物鏡(5)、點衍射板(6)、準直透鏡(10)、第三個四分之一波片(11)、檢偏器(12)、成像透鏡(13)、探測器(14)、計算機(15)順次相連；點衍射板￠)、第二個四分之一波片(7)、待測球面(8)、壓電移相器(9)、計算機(15)順次相連；點衍射板(6)包括玻璃基底(61)、金屬反射膜￠2)和衍射針孔(63)三部分,金屬反射膜(62)鍍于玻璃基底(61)之上,金屬反射膜(62)上設(shè)有衍射針孔(63)。
2.如權(quán)利要求I所述的一種條紋對比度可調(diào)的大數(shù)值孔徑點衍射干涉裝置，其特征在于，所述的第二個四分之一波片(7)為具有光束聚焦功能的真零級四分之一波片，該真零 級四分之一波片包括大數(shù)值孔徑消球差正透鏡基底(71)和粘合于大數(shù)值孔徑消球差正透鏡基底上面的波片薄膜(72)兩部分，其中粘合有波片薄膜(72)的一面朝向衍射針孔(63)。
3.一種使用如權(quán)利要求I所述裝置的條紋對比度可調(diào)的大數(shù)值孔徑點衍射干涉檢測方法，其特征在于，線偏振激光器(I)經(jīng)二分之一波片(2)和第一個四分之一波片(3)組合調(diào)節(jié)得到圓偏振光，再經(jīng)準直擴束系統(tǒng)(4)后產(chǎn)生平行光，由顯微物鏡(5)會聚到點衍射板(6)的衍射針孔(63)上,點衍射球面波前的其中一部分作為參考波前W2,另一部分作為檢測波前W1，檢測波前Wl通過一快軸方向與X軸成45°夾角的第二個四分之一波片(7)后會聚于O點處得到球面波前W1’，經(jīng)待測球面(8)反射回來的反射光波再次通過第二個四分之一波片(7)后得到旋向與參考波前W2相反的圓偏振光，再經(jīng)點衍射板(6)上的金屬反射膜(62)反射，檢測波前Wl和參考波前W2會合后經(jīng)過準直透鏡(10)變?yōu)槠矫娌?，?jīng)過一個快軸方向與X軸成45°夾角的第三個四分之一波片(11)后變成兩個偏振方向相互垂直的線偏振光，再分別通過檢偏器(12)和成像透鏡(13)后于探測器(14)上得到干涉條紋；通過調(diào)節(jié)檢偏器(12)的透光軸方向，可調(diào)整檢測光束和參考光束間的相對光強，從而達到干涉條紋對比度可調(diào)的目的；利用計算機(15)控制壓電移相器(9)對待測球面⑶進行多步移相測量，并利用探測器(14)實時采集對應(yīng)干涉圖，再根據(jù)多步移相算法對所采集的干涉圖數(shù)據(jù)處理，同時校正由第二個四分之一波片(7)所引入的誤差，從而實現(xiàn)對待測球面(8)的聞精度面形檢測。
4.如權(quán)利要求3所述的條紋對比度可調(diào)的大數(shù)值孔徑點衍射干涉檢測方法，其特征在于，所述由第二個四分之一波片(7)所引入的誤差的校正方法為利用調(diào)整精度可達微米量級的平移臺，移動第二個四分之一波片(7)和待測球面(8)，調(diào)節(jié)第二個四分之一波片(7)到衍射針孔(63)的距離Dl和待測球面(8)到檢測光束會聚點O處的距離D2，直至觀察到干涉條紋的形狀變化成為直條紋狀態(tài)，然后根據(jù)光線追跡方法得到對應(yīng)的第二個四分之一波片(7)所引入的波前像差數(shù)據(jù)W7，可將其作為系統(tǒng)誤差存儲于計算機(15)的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中，并在實際測量過程中對其加以校正，也即W0=W-W7 式中，W為實際測得包含有系統(tǒng)誤差的波面數(shù)據(jù)，W7為第二個四分之一波片(J)所引入的波前像差數(shù)據(jù)，Wtl為消除第二個四分之一波片(7)所引入波前像差影響后的待測球面波前數(shù) 據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種條紋對比度可調(diào)的大數(shù)值孔徑點衍射干涉裝置及方法。線偏振激光器經(jīng)二分之一波片、第一個四分之一波片和準直擴束系統(tǒng)后產(chǎn)生平行光，由顯微物鏡會聚到點衍射板的衍射針孔上，檢測波前W1通過第二個四分之一波片后會聚于O點處得到球面波前W1'，經(jīng)待測球面反射回來的反射光波再次通過第二個四分之一波片后得到旋向與參考波前W2相反的圓偏振光，再經(jīng)點衍射板上的金屬反射膜反射，檢測波前W1和參考波前W2會合后經(jīng)過準直透鏡變?yōu)槠矫娌?，?jīng)過第三個四分之一波片、檢偏器和成像透鏡后于探測器上得到干涉條紋，探測器實時采集對應(yīng)干涉圖。本發(fā)明簡化了點衍射干涉調(diào)整難度，為大數(shù)值孔徑球面尤其是低反射率球面的高精度檢測提供了可行方法。
文檔編號G01B9/02GK102829733SQ201210275689
公開日2012年12月19日 申請日期2012年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月3日
發(fā)明者王道檔 申請人:中國計量學(xué)院