基于衍射色散原理的光谱共焦位移测量技术综述

位移检测技术是几何量精密测量的基础,在当代精密制造领域应用广泛。光谱共焦位移测量技术具有对环境杂散光、被测物倾斜、材料类型不敏感,测量频率高以及分辨率高等优点,可以检测位移量、表面粗糙度、三维形貌以及单层或多层透明材料的厚度,在精密位移测量领域中占据重要地位。近年来,利用衍射光学元件提高光学系统性能的光谱共焦测量技术被广泛研究。文章综述了基于衍射色散原理的光谱共焦位移测量技术的研究进展。首先,介绍了光谱共焦位移测量原理和衍射光学元件的色散特性;其次,阐述了基于衍射色散原理的光谱共焦位移测量技术的发展历史及研究进展;最后展望了该技术的发展趋势。

光刻物镜波像差绝对检测技术综述

光刻物镜是光刻机核心部件,其波像差大小决定着光刻机的分辨率和套刻精度。随着光刻机性能的逐步提升,光刻物镜波像差要求已经降低到0.5nm(RMS)以下,这对波像差的检测是一个极大的挑战。现行的光刻物镜波像差检测方法(如哈特曼法,剪切干涉法和点衍射法等)的检测精度往往受限于其系统误差,而绝对检测技术是一种能够将系统误差分离出来的技术,最终突破精度极限。本文回顾了光刻物镜系统波像差检测方法和波前绝对检测技术,详细梳理了绝对检测技术在不同波像差检测方法中的应用和研究进展,重点总结了绝对检测技术在不同波像差检测方法中的技术难点,同时结合这些难点,展望了光刻物镜波像差绝对检测技术的未来发展趋势。

环形子孔径拼接检测大口径非球面镜的规划模型及分析

环形子孔径拼接技术是一种无需辅助元件就能检测旋转对称大口径非球面镜的有效手段。根据该技术的检测原理,从几何光学的角度建立了子孔径规划模型,给出了模型数值求解的具体方法。以一口径为700 mm、中心遮拦为160mm、顶点曲率半径为3 000 mm的抛物面镜为例进行了数值计算,且从物理光学的角度对数值计算结果进行了进一步分析和解释,并进行了初步的实验研究。结果表明,该模型具有较好的预测效果,可为实际检测方案设计提供理论依据,使得检测过程可控、量化和可重复。

基于Zernike环多项式的环孔径波面拟合方法

波面拟合分析是干涉测量技术中数据处理以得到所需信息和结果的一个重要环节。提出了一种通用的圆和环孔径波面拟合分析方法,选用在单位环域里正交的Zernike环多项式为拟合基函数。对比分析结果不仅表明了所提出方法的有效性和通用性,而且显示出该方法可解决通常的基于Zernike圆多项式干涉图处理软件在拟合分析环孔径波前时存在的问题。

以环形子孔径扫描法测量大口径非球面的研究

总结非球面常用检验方法在应用中优、缺点的基础上,使用环形子孔径扫描法来测量大口径非球面。这种方法使被测元件相对于参考波前的斜率差减小到干涉仪允许的测量范围内,每次测量仅是被测表面的一部分,通过算法实现数据“拼接”,从而得到整个面形信息。该方法无需辅助光学元件即可实现对大口径、大相对口径非球面的直接测量,为大口径高精度非球面的加工检验提供了有效手段。

超高精度面形干涉检测技术进展

深紫外、极紫外光刻、先进光源等现代光学工程牵引驱动超精密光学技术持续发展,超精密光学制造要求与之精度相匹配的超高精度检测技术。作为核心技术指标之一的面形精度通常要求达到纳米、深亚纳米甚至几十皮米量级,超高精度面形干涉检测技术挑战技术极限,具有重要研究意义和应用价值。本文分析了面形干涉检测技术发展趋势,主要介绍了中国科学院光电技术研究所近年来在超高精度面形干涉检测技术相关研究进展。

以环形子孔径法检测大口径非球面主镜的研究进展

环形子孔径法是一种无需辅助元件就能实现对大口径、大相对口径非球面检测的“柔性”测试技术。介绍了该技术的工作原理,对两种分别基于测量相位值和Zernike多项式系数的拼接算法进行了仿真分析,并进行了初步的原理性实验验证。结果表明该技术是切实可行的,具有检测大口径非球面镜的潜能。最后,在对现有研究结果综合分析的基础上,提出了应用该技术检测m量级非球面主镜的实验方案。

基于Mathe matica5.0的环域Zernike多项式符号计算方法

在中心遮拦光学元件的波面拟合中,环域Zernike多项式具有优良的性能.该多项式在圆Zernike多项式的基础上,引入新的变量ε遮拦比,进行Gram Schimdt正交化得到.且部分项以递推公式形式表示,使得基函数表达式形式异常复杂,推导困难.基于Mathematica5.0强大的符号计算功能,用符号计算方法实现了计算.给出了具体的计算步骤和程序流程,计算结果较准确可靠.

环形子孔径检测技术中测量数据的准确提取方法

环形子孔径拼接测试技术是一种无需辅助元件就能检测旋转对称大口径非球面镜的有效手段。根据该技术的检测原理及基于Zernike多项式的“拼接”算法,提出了一种相应的环形子孔径数据提取方法。该方法基于商用相移干涉仪的CCD成像系统和其数据处理软件提供的Mask编辑功能,利用被测镜面上方的三个可移动的基准标记进行绝对定位,给出了具体的实施方案。对一口径700mm、F2的抛物面主镜进行实验,研究结果表明,该数据提取方法操作简单可行,适合于加工车间的实施,取得了符合“拼接”算法需求的子孔径测试数据和对应环带的内外半径值。

环形子孔径拼接算法的精度影响因素分析

优化的拼接算法是环形子孔径扫描测量大口径非球面光学元件的关键问题。针对一种基于离散相位值的环形子孔径拼接算法,从精度评定判据入手,对随机噪声、高阶噪声、重叠区宽度及子孔径数目这几个主要影响因素进行了数值仿真分析。结果表明,该算法对高阶噪声和随机噪声均不灵敏,高阶噪声的影响略大于随机噪声的影响;对口径和相对口径较大的非球面,相邻子孔径间重叠系数应大于 0.15,对于非球面度不大的非球面,重叠系数可大于 0.25, 能以较高精度求得拼接参量。

基于Zernike多项式波面拟合中边界误差的影响分析

波面拟合实质上就是把携带测量表面信息的离散点采样数据拟合成与实际波面尽可能一致的数学上的波面函数;在光学检测中,由于 Zernike 多项式在单位圆域里具有正交性而通常被选作拟合基函数.Zernike拟合首先需要进行归一化处理,而待拟合的离散数据组的中心点和半径坐标值是归一化处理所需要的必要参数.简单介绍了基于 Zernike 多项式的波面拟合方法,重点分析了被拟合数据组边界误差(中心点和半径值误差)对拟合结果的影响.分析结果表明边界误差将影响到各项 Zernike 拟合系数精度,其影响程度与边界误差大小有关.因此,在实际的波面拟合分析中有必要采用一些有效的方法以提高待拟合数据组中心点和半径值的确定精度.

子孔径拼接干涉测试技术现状及发展趋势

子孔径拼接测试技术拓展了标准干涉仪的横向和纵向动态范围,能够以低成本、高分辨率检测大口径光学元件。按子孔径形状的不同,分别介绍了其工作原理,综述了该技术国内外20多年来的发展历史和技术现状,最后在分析比较的基础上提出了该技术研究的几个可能发展方向和应用前景。

大型双曲面次镜面形检测技术现状及发展趋势

随着以双曲面为次镜的两镜光学系统在天文和空间光学等领域的应用日趋广泛,双曲面次镜的口径和相对口径越来越大,由此对双曲面次镜的面形检测技术提出了很高的要求。本文基于国外有代表性的双曲面次镜参数分析了其基本特征和发展趋势,重点介绍了国外大型双曲面次镜的面形检测技术,并对其中的关键技术进行了分析。同时,概述了国内双曲面次镜检测技术现状。最后,总结和展望了大型双曲面次镜面形检测技术发展趋势。提出今后一段时间内,高均匀性的光学透射材料,高精度、大口径的辅助元件以及基于子孔径拼接的检测方法和数据处理方法是该领域的研究重点。

射流抛光多相紊流流场的数值模拟

理论分析了射流抛光的紊动冲击射流特点,构建了射流抛光的垂直冲击射流模型和斜冲击射流模型。根据射流抛光冲击射流的特点,比较各种流体模型后,采用RNGk-ε模型应用于射流抛光模型的计算。利用计算流体力学理论的二阶迎风格式对抛光模型方程离散,用SIMPLEC数值计算方法对射流抛光过程的紊动冲击射流和离散相磨粒分布进行数值模拟,得到了射流抛光过程的连续流场和离散相磨粒与水溶液的耦合流场,同时计算出了抛光液射流在工件壁面上的压力、速度、紊动强度、剪切力分布和磨粒体积质量分布,分析了垂直射流抛光模型和斜冲击射流抛光模型紊流流场的特点。

子孔径拼接干涉检测大口径平面波前

介绍了子孔径拼接检测平面波前的基本原理,提出了基于均化误差和最小二乘法的多个子孔径同时拼接的数据处理方法,有效减小了误差传递和积累。用该方法对Zemax仿真的望远镜光学系统进行了子孔径拼接检测,拼接光学系统波前和直接用Zemax得到的全孔径波前对比,其峰谷值(PV)和均方根(RMS)的偏差分别为0.0151λ和0.0016λ。并用口径为100mm的小口径干涉仪对口径为200mm的平面镜进行了拼接实验,将其全孔径波前与直接检测的结果对比,其峰谷值(PV)和均方根(RMS)的偏差分别为0.0559λ和0.0004λ。实验结果表明了该算法的有效性,该方法不仅适用于检测光学元件,也适用于对光学系统平面波前检测。

基于平移旋转的球面绝对检测技术仿真分析

基于平移旋转的球面绝对检测技术是一种实现高精度面形测量的有效手段。通过绕光轴多次等角度旋转被测球面测得被测面面形误差的旋转非对称部分,并由共心平移被测球面恢复出被测面面形误差的旋转对称部分,合成即可得到被测球面完整的面形信息。详细推导了平移旋转法的理论公式,并进行了仿真分析。仿真结果表明,基于上述方法获得的被测球面面形误差与初始面形误差残差图的均方根值为5.300 0×10-12 nm,其与初始面形误差均方根值的比值为1.164 1×10-12,理论误差极小,满足高精度面形检测要求。

稀疏子孔径采样检测大口径光学器件

针对大口径光学器件在抛光加工过程中子孔径拼接检测效率低的问题,提出并分析了用稀疏子孔径采样法对大口径光学器件抛光加工过程进行过程检测。通过软件仿真分析稀疏子孔径不同的采样分布,并拟合出不同采样分布的全口径面形,与实际测得全口径面形进行比较。结果表明:当稀疏子孔径采样分布合理时,稀疏子孔径采样检测法检测出的全口径面形与实际测量的全口径面形相当,所以稀疏子孔径采样检测法可以在抛光过程中进行检测,从而提高检测效率。

旋转非对称项面形误差绝对检测的仿真分析

为满足光学元件的高精度检测要求,绝对检测技术取代传统相对检测技术被越来越多的用于光学检测过程中。然而传统绝对检测法检测都有各自适用的范围且检测过程复杂对实验仪器的精度要求较高。在某些只需要获得旋转非对称面型误差的检测领域旋转平均法成为一种简单易行的绝对检测手段。旋转平均法适用于平面、球面与非球面旋转非对称面型检测。本文对旋转平均法的原理进行了介绍,利用光学设计软件对旋转平均法的检测过程进行仿真。利用仿真检测对待测面形的旋转非对称项误差及kNθ旋转对称项进行量化分析,仿真分析出的结果与理论结果较好的吻合。仿真分析的实验结果表明:利用旋转平移法可有效提高非旋转对称面形检测的精度,实验仿真模型可有效对实际检测过程进行仿真。

基于子孔径拼接的Hindle球检测法

为了能够准确获取基于子孔径拼接的Hindle球检测大口径双曲面镜的Hindle球参数,研究了Hindle球检测凸双曲面镜的理论模型,并从几何光学入手,讨论了基于子孔径拼接的Hindle球检测法的系统结构,推导了符合子孔径拼接要求的小口径Hindle球的参数计算式。对一个凸双曲面镜进行了在不同测量环带数目下的基于子孔径拼接的Hindle球检测法和经典Hindle球检测法的Hindle球参数对比。结果表明该Hindle球检测方法使Hindle球参数更合理。

凹非球面检测的双计算全息图设计及制作

基于全息补偿检验非球面的原理,提出并设计了一种二元纯相位型双计算全息图。该全息图由主全息和对准全息两部分组成,用于检测非球面的主全息位于基底的中心,而对准全息位于其边缘,用来精确定位主全息,从而消除离焦、偏心及倾斜所引入的误差。两部分全息同心是实现对主全息准确定位的前提,为此,提出了"一次曝光,两次刻蚀"的制作方法,即一次性将两部分图形在同一块掩膜版上制作出,曝光一次后,基底经两次刻蚀制作出具有两种不同相位深度的双计算全息图。最后给出了一个检测Φ140、F2抛物面镜的双计算全息设计实例,并将其检测结果与自准直检测结果比较,二者吻合良好,验证了该设计方法的正确性及制作工艺的可行性。