基于Ronchi光栅检测非球面镜系统中的杂光现象分析

为指导某600 mm口径的双曲面反射镜的加工,设计了Ronchi光栅检测系统。针对系统检测过程中存在的杂光现象,分析产生该现象的原因,并提出相应的解决方案。结果表明,在光线两次经过光栅的光路结构中,分光棱镜的剩余反射率大于5%时,像面处暗条纹的照度增大27倍,条纹明暗对比度下降,难以分辨;随着光栅剩余反射增加,条纹中心产生亮斑现象,条纹无法分辨。条纹面正对分光镜的亮斑区域的背景照度增加40多倍,玻璃面正对分光镜的亮斑区域的背景照度增加80多倍。通过优化系统结构,对分光镜与光栅进行替换与表面处理,有效解决了杂光问题,提高了像面条纹对比度。

非球面Ronchi检测的误差分析

为了较高精度地检测大型非球面面形,需要分析检测装置对测量误差产生的影响。基于Ronch i检测法,将正弦光栅代替Ronch i光栅应用在非球面反射镜的检测上,采用同步相位探测技术和几何原理获得所有被测点的面形偏差梯度信息,然后利用区域波前重构法恢复面形偏差,进而重建被测面形。利用此方法首次分析了叠栅条纹图、非球面度、光栅对比度对重建被测面形的影响。数值结果表明,条纹图的重叠和光栅的对比度均对非球面的检测精度有影响,重建面形误差随着被测面形非球面度的增加而增大。对测量误差的分析可为Ronch i检测装置的设计提供有效、可靠的依据。

基于Ronchi光栅的莫尔条纹函数建模

莫尔条纹函数建模对于莫尔计量理论和应用研究都非常重要。分析了造成莫尔条纹函数建模复杂性的原因,运用傅立叶变换和图像旋转矩阵方法,给出了完整的Ronchi光栅干涉莫尔条纹透光函数,针对该函数为多值隐函数特性,通过二次拟合手段对原函数进行降次处理,得到了适合计算机模拟的莫尔条纹函数模型。用不同栅距和栅线交角的光栅对该模型做符合性检验,得到的拟合残差加权平方和小于1.8×10-5,表明并该函数模型与理论值吻合良好。

基于棋盘光栅Ronchi检验法的微变液面测量

提出了基于棋盘光栅Ronchi检验法的微变表面形貌测量方法,可同时测量被测表面形貌两个正交方向的斜率,因而可通过一幅变形棋盘光栅图重构被测表面形貌。使用取微分极值的方法可简单有效地实现变形棋盘光栅图两个正交方向信息的分离和提取。根据所提出的测量方法和数据提取算法建立了微变表面形貌测量系统并对静态和动态表面形貌进行了测量。结果表明,所建立系统的分辨率<0.1μm,测量范围>50μm,符合有关研究中对微变液面的测量需求。

离子束刻蚀位相型Ronchi光栅研究

本文报道了采用紫外光刻和离子束刻蚀方法制作位相型Ｒｏｎｃｈｉ光栅的工艺技术，并对其衍射特性进行了讨论，同时给出实验结果。

Ronchi线条法检验大非球面镜的理论计算

由光线造迹和三级像差理论计算大抛物面的Ronchi弯线条。分析这两种理论计算方法的结果和偏差，其偏差值随镜子的口径增大而增加。用所计算的结果制作的Ronchi弯线条检验可移动式平行光管的中力φ700mm。口径的抛物面主南。给出检验结果。

基于Ronchi光栅Talbot效应的角度精确测量

提出了通过对Ronchi光栅的Talbot效应所产生的莫尔条纹周期的计量来测量小角度的方法。并在此基础上推导了角度的计算公式,分析了这种方法的测量精度。这种角度测量方法不需要转动部件且有速度快,精度高实时的特点。

航空遥感相机Ronchi光栅自准直检焦模型分析与验证

为解决航空遥感相机检焦系统故障分析、元器件选型及提高检焦精度的问题,本文深入研究了基于Ronchi光栅的光电自准直检焦法。首先,归纳总结了国内外航空相机常用的几种检焦方法,对比了每种检焦方法的优缺点。接着,重点介绍了基于Ronchi光栅的光电自准直检焦系统的构成和工作原理,建立了数学模型,模拟了检焦系统在不同像面位置处的输出波形。然后,为衡量离焦程度,提出了离焦评价因子的概念,接着分析了光学系统的衍射效应和像差大小、Ronchi光栅的周期选择及检焦光源的能量分布这三种因素对检焦精度的影响,给出了Ronchi光栅周期的选择方法。最后,通过实验的方法对本文的仿真结果加以验证。实验结果表明:合焦波形的峰峰值占比0.82,对应0.05 mm步长下的平均检焦分辨力约为10%。

大口径非球面Ronchi光栅测量方法

在对非球面加工过程中常用检测方法的优缺点进行比较的基础上，介绍了Ronchi光栅法的系统组成、工作原理和数据处理方法，并进行了光栅频率和灵敏度分析．通过对Ronchi光栅的频率、灵敏度的分析比较，发现可以通过改变其频率来实现犬口径非球面不同加工阶段2～200μm范围内的误差检测。该方法制作简单，使用方便。它的深入研究，将为犬口径非球面精磨和初抛光阶段提供一种有效、可靠的定量检测手段。

离子束刻蚀正交位相型Ronchi光栅研究

本文报道了采用紫外光刻和离子束刻蚀方法制作正交位相型Ronchi光栅的工艺技术，并讨论其衍射效率，给出公式及实验结果．

基于MATLAB的零Ronchi法检测大抛物面栅条设计

介绍了用于设计栅条的光线追迹和三级像差理论,用MATLAB软件设计Ronchi栅条并给出了计算绘图的流程图。输入参数包括:大抛物面镜顶点曲率半径,点光源到光栅的距离等。得到包括偶数与奇数的不同数量的Ronchi栅条。结果表明:此方法可以准确快速的得到横向像差,为Ronchi光栅的设计提供了一种新方法。所设计的线条的绘制质量高,具有线条边缘清晰,光滑等优点。

错位变占空比Ronchi光栅的多重微分性质

本文从严格的数学推导出发,在理论上证明错位变占空比 Ronchi 光栅实现多重微分的可能性,并给出部分实验结果。

Ronchi剪切干涉仪高精度相位提取及误差分析

双光栅Ronchi剪切干涉是一种基于瞳面测量的波像差检测技术,该技术具有无需参考面、共光路测量以及结构简单、易于集成等优点,适用于光刻投影物镜波像差的在线检测。相位提取是采用该技术进行波像差检测的重要步骤,直接影响最终的测量精度。针对双光栅Ronchi剪切干涉仪高阶衍射光影响相位提取精度的问题,提出了一种高精度的相位提取算法,可消除剪切干涉场中±1级衍射光重叠区域内高阶衍射光的干扰,提高剪切相位提取精度。仿真结果表明,该算法的剪切相位提取误差仅存在高频拟合残差,验证了该算法可有效抑制高阶衍射光的干扰。利用剪切率为0.058的双光栅Ronchi剪切干涉系统进行了实验,并与基于双光纤的点衍射干涉仪的测量结果进行对比,两种方法的测量结果具有相同的波像差分布,验证了所提剪切相位提取算法的有效性。

Ronchi光栅检测非球面镜系统的设计及实验研究

为指导大口径非球面反射镜的精磨至抛光过程的加工,设计了Ronchi光栅检测系统。采用零位补偿器替代补偿光栅的设计制作,既能用Ronchi法对粗加工过程检测,也能用于干涉仪检测;模拟Ronchi检测过程中条纹形状与对应面型像差的关系,通过判断条纹形状对加工过程进行指导;针对某600mm口径的双曲面反射镜,设计了Ronchi光栅检测系统、零位补偿系统、成像系统。分析检测系统元件剩余反射对成像结果的影响,并提出相应的解决方案。分析表明,在Ronchi光栅检测光路中,分光棱镜表面5%剩余反射相对0.1%剩余反射,像面暗条纹的照度值增量大于30倍,条纹明暗对比度下降,难以分辨;光栅剩余反射大于3%时条纹中心产生亮斑,亮斑照度与条纹照度值比大于5倍。通过优化系统结构,降低元件表面剩余反射,提高了像面条纹对比度。将Ronchi检测系统用于双曲面镜抛光过程的检测,测得双曲面粗抛光后RMS值为0.042λ,PV值为0.291λ,可有效指导非球面的精磨与粗抛光过程。

基于Ronchi剪切干涉的投影物镜数值孔径测量方法

数值孔径(NA)作为投影物镜的基本参数,决定了投影物镜的成像分辨率。在利用双光栅Ronchi剪切干涉仪测量投影物镜波像差时,NA也是实现波像差高精度检测的一项基本参数。提出了一种基于Ronchi剪切干涉像面光栅轴向离焦的投影物镜NA测量方法,理论推导了像面光栅离焦时空间光程差的数学表达式,通过测量轴向两个不同位置处的剪切波前并提取倾斜项系数,利用两个轴向位置的距离以及倾斜项系数的差值计算得到投影物镜NA值。在此基础上,开展了仿真分析和实验,以NA设计值为0.3的投影物镜为测量对象,实验测得NA为0.292,测量误差小于0.004。同时开展了几何光学测量方法的对比实验,进一步验证了所提方法的有效性。该方法利用波像差检测装置测得的剪切波前实现投影物镜NA的在线测量,不需要使用额外的装置或器件。

Ronchi相移剪切干涉仪及其相位提取误差分析

在分析Ronchi相移剪切干涉仪典型系统参数的基础上,系统研究了该干涉仪相位提取精度的主要影响因素。结合传统的五步相移算法,采用所提出的八步与十步相移算法,对Ronchi相移剪切干涉仪的相位提取误差进行理论分析和仿真计算。仿真结果说明,八步和十步相移算法可以有效地消除多级衍射光寄生干涉对相位提取精度的影响,且十步相移算法比八步相移算法具有更高的相位提取精度;为了提高测量精度,要求相移误差优于2%;探测器位数大于10位;光栅周期误差小于1%;光源空间相干性低于0.1。通过采用不同的相移算法、剪切率和光源空间相干性的三组对比实验,对理论分析的正确性进行了验证。

Ronchi剪切干涉光刻投影物镜波像差检测技术研究

Ronchi剪切干涉采用扩展光源调制光场空间相干性,具有干涉仪结构简单、共光路、零条纹检测等优点,适合用于光刻机投影物镜波像差原位检测。基于Ronchi剪切干涉的投影物镜波像差检测技术及系统,根据光栅衍射和空间相干性理论推导了Ronchi剪切干涉场的表达式。针对Ronchi剪切干涉仪多级衍射光寄生干涉对相位提取精度的影响,提出了一种十步相移算法,有效地消除±9级以内多级衍射的影响,理论上相位提取误差峰谷(PV)值为0.0046λ,均方根(RMS)值为0.0019λ,实验数据验证了理论推导的正确性和相位提取算法的有效性。

基于Ronchi光栅Talbot效应的相位恢复

提出了一种基于Ronchi光栅Talbot效应的相位恢复方法。将CCD相机置于Ronchi光栅的Talbot距离处,记录Ronchi光栅的自成像强度分布。通过随机并行梯度下降(SPGD)算法优化Zernike多项式系数,恢复入射相位。数值模拟实验结果表明,所提出的方法能够快速实现高精度的相位恢复,具有收敛速度快、精度高、抗噪声等优点。

采用Talbot效应莫尔条纹的子波面斜率测量

为了实现大口径长焦距透镜波面精确测量,提出了一种基于朗奇光栅泰伯效应、莫尔条纹技术的子波面斜率测量方法。当子孔径光束照射在朗奇光栅上时,在光栅后周期位置出现光栅的泰伯像,如果将另一朗奇光栅放在光栅泰伯像的位置,在这块光栅后就会形成莫尔条纹,莫尔条纹会因子孔径光束的斜率微小变化而产生移动,通过计数移动的莫尔条纹数就可以得出子孔径光束的波面斜率。文章推导了子波面斜率的计算公式并进行了理论分析,从实验上对理论分析进行了验证。这种方法能够用于大口径波面检测中子孔径波面斜率的精确测量。

大口径长焦距镜面和透镜的扫描法焦距测量技术

提出了用扫描法测量大口径长焦距镜面或透镜焦距的方法。这种方法是通过对一块Ronchi光栅的Tal bot像与另外一个Ronchi光栅所产生的莫尔条纹转角的计量来测量长焦距;通过扫描对大口径范围内的整个区域进行测量。实验结果表明,这种方法能够实时地、非常精确地测量长焦距。