Offner补偿器的结构设计与装调

针对90nm节点光刻投影镜头中使用的非球面存在高次项,且与理想球面偏离量较大的特点,基于像差补偿理论,设计了一种三片式结构的Offner补偿器来实现非球面的高精度检测。采用等量轴向球差补偿非球面各阶系数的方法,主动引入一定量的轴向球差,补偿光线在非球面法线方向的偏离量。结果表明,初级像差和高级像差可很好地平衡,使剩余像差很小;MTF远远超过衍射极限;系统工作波长为632.8nm,F数为1.64,均方波差RMS<λ/1250;系统轴向像差<0.47μm,满足基本干涉成像条件;各方面指标均满足高精度检测补偿器的设计要求。最后,根据现有检测装置的精度对所设计的结果进行了公差分析,给出了较宽松的公差容限。公差分配后,系统综合残余波像差<0.00727λ,满足系统装调精度要求。

非球面零检验的Offner补偿器设计

根据三级像差理论,推导Offner补偿器在检验光路中儿种形式下的初始结构参数数计算公式,讨论计算机最佳化设计方法,并给出设计实例。

非球面零检验的反射式Offner补偿器设计

根据三级像差理论，推导反射式Ｏｆｎｅｒ补偿器在检验光路中的初始结构参数计算公式，讨论计算机最佳化设计方法，并给出设计实例。

基于平面波Offner补偿器检验非球面的光学系统设计

针对米级大口径非球面,从平面波Offner零位补偿器检验光路的三级像差理论公式出发,推导计算了补偿器与被检镜面口径比不同时的光学规化参数,经过光学软件仿真,获取不同口径比下6种曲率半径非球面的最大口径和最大相对孔径。结果表明随着口径比的减小,平面波补偿检验非球面的相对孔径能力随之减弱,对于不同相对孔径的非球面检验,可选择最小口径比来达到检测要求。针对口径为720 mm的凹非球面镜检验,基于工程可行性,采用口径比α1=0.2的Offner补偿器,获得方均根(RMS)为0.0033λ的设计,实际检验测量中RMS为0.019λ,符合对该非球面的检验要求。

抛物非球面零位干涉检测的补偿器设计

非球面因具有自由度多、像差校正能力强等优点,已作为一种更优良的面型广泛应用于航天、遥感等领域的载荷系统中。达到高精度检测要求的非球面可以在光电检测领域广泛使用,为此设计了针对口径800 mm,曲率半径1 400 mm的抛物非球面补偿器。基于像差理论计算了补偿器初始结构,并在Zemax中采用逆向设计的方法建立初始结构。结构优化后得到了设计结果PV=0.014 8λ,RMS=0.003 6λ,相关设计结果满足PV<0.25λ,RMS<0.02λ的高精度检测要求。根据所设计的补偿器结构进行公差分析,结果表明设计的补偿器可用于实际加工。

抛物镜光学补偿器设计的结构寻优

抛物镜归一和重整化后的Offner补偿器设计可以被认为是在参数空间寻优的确定化问题。通过构建抛物镜Offner补偿器优化结构实例,获得其评价函数在参数空间的分布,得到Offner补偿器设计结果参照图谱,提出一种对补偿器设计初始结构选择和性能评价的方法,结果揭示了该问题可以通过数值方法得到较好解决。

基于计算全息的光学自由曲面测量不确定度分析

光学自由曲面元件如离轴非球面等在现代光学系统中起到了越来越重要的作用。计算全息元件(CGH)可产生任意形状的波前,能够很好地应用在光学自由曲面的零位补偿干涉测量中。针对一离轴椭球面为测量样品,以光学计量领域比较成熟的Offner补偿器法,测量离轴非球面母镜的面形偏差,进而获得离轴椭球面的面形偏差;再将离轴椭球面通过旋转平移,作为自由曲面元件,在平面基板上设计CGH对其进行零位补偿测量,研究零位补偿CGH的误差传递数据。通过主要原理误差分析与计算,在光学熔石英平面基底上制作零位补偿CGH,测量不确定度达到λ/10[峰谷(PV)值,λ=0.6328μm],满足光学自由曲面元件的高精度检测要求。