用于非连续曲面轮廓测量的激光差动像散传感器

针对目前工程领域中亟待解决的三维曲面轮廓的精密测量问题，研制了具有纳米级轴向分辨力的光瞳滤波式激光偏振光差动像散传感器（PLDAP）。该传感器基于像散检测原理，利用位于两柱面镜焦前、焦后等距放置的两探测器上的光斑形状信号差动相减和光强归一化处理得到聚焦误差信号，对被测表面进行高精度双极性绝对测量，可用于大倾角表面的测量。PLDAP中，偏振差动光路布置光强归一化技术的采用，有效抑制了环境光波动、光源波动、物体表面光学特性以及光学器件间多次反射对测量结果的影响，显著提高了像散检测技术的抗干扰能力。实验表明：当测量物镜采用数值孔径NA=0．65时，PLDAP测量范围达±10μm，分辨力优于5nm，可测倾角20°，稳定性优于2％。该传感器为非连续表面轮廓的跟踪、瞄准测量提供一种新的技术途径。

调平聚焦伺服控制系统的优化设计

以提高共焦差动并行激光直写中光束刻写质量为目标,分析设计了调平聚焦伺服控制系统。采用柱面镜作为像散元件,与四象限光电探测器结合,利用差动像散检测方法和比例积分微分(PID)反馈算法减少光源和外部干扰的误差,获得高灵敏度、高精度、高稳定性的探测曲线。通过优化光学设计参数,本系统能获得具有高灵敏性与一致稳定性的探测曲线,探测范围为3μm,静态聚焦误差可达±5.0nm;动态聚焦压电陶瓷(PZT)伸长量可保证在焦深范围内,焦点位置辨别精度可达纳米量级,可探测调平台的倾斜角和俯仰角在0.01mrad左右。利用该系统可实现光栅的刻写,进一步为更大尺寸、更高密度的光栅刻写提供依据。