[发明专利]点衍射干涉仪

说明书

技术领域

本发明涉及一种光学系统波像差测量技术，特别是一种通过同时产生的多幅干涉图进行测量的点衍射干涉仪。

背景技术

光学元件及系统的检测是光学加工中的一个重要的、不可或缺的环节。近年来，随着光学技术的不断发展，对光学仪器精度的要求不断提高。为了满足这种精度上的要求，光学设计对光学元件的面形精度提出了更高的要求。光学加工中一个基本的原则是：光学加工的精度不可能超过检测精度。随着光学加工技术的不断发展，光学检测能力成为高面形精度的光学元件加工的瓶颈。与此同时，对光学系统总体质量的检测也是高精度光学仪器制造与装调中的重要环节。通过对光学系统总体质量的检测可以得出光学系统的成像质量，从而为光学系统提供衡量标准以及校准依据，同时也可以反映光学设计的合理性。因此，光学系统总体质量的检测精度的提高对于光学系统的总体质量具有重要意义。

光学元件面形的检测以及光学系统像质的检测均属于光学平滑波面的检测。光学元件面形的检测主要包括平面、凹凸球面及非球面的测量，给出加工表面的几何特性，采用反射方式检测；对光学系统像质的检测主要包括棱镜、透镜及其组成的光学系统的检测，给出元件及系统的总的像质，采用透射方式检测。实现光学平滑波面检测的方法很多，尤其是激光光源被引入后，计量系统和方法大大简化，功能也得到增强。常用的干涉计量技术有：Fizeau干涉仪、Twyman-Green干涉仪、Mach-Zehnder干涉仪及剪切干涉仪。点衍射干涉仪是一种较特殊的干涉仪，随着光学检测精度的要求不断提高，正日益显现出其优点并广泛应用于各种光学平滑波面的高精度检测。

现有技术中公开的移相点衍射干涉仪可以归结为两类不同结构的测量光学系统(元件)波前相位的移相点衍射干涉仪(Phase-Shifting Point DiffractionInterferometer，以下简称PS/PDI)。

一种PS/PDI由设有一小孔的物面板、透射光栅、设有一对小孔的像面板，以及CCD探测器所组成。由物衍射小孔产生理想的空间相干的球面波照明被测光学系统(元件)，由被测光学系统(元件)会聚光经过透射光栅发生衍射在像面板上形成不同级次的衍射光。其中，透射光栅的作用相当于小角度分束器，把干涉所需要的参考光从物光中分离出来。+1级(或0级)衍射光经过在像面板上的一个小孔衍射产生理想的球面波作为参考光；0级(或+1级)衍射光作为物光则经过像面板上一个窗口(即较大的孔)因而可以几乎不受影响；其它的衍射级次被像面板的不透明部分阻挡。物光和参考光发生干涉并在CCD探测器上形成干涉条纹。移相的光程是通过沿光轴移动光栅控制各级次之间的相位差来完成的。光栅移动一个光栅周期，+1级衍射光的位相移动一个周期，而0级衍射光的位相保持不变。这种PS/PDI通常采用+1级衍射光进行小孔滤波作为参考光，从而降低了对所使用的透射光栅的光学性能要求。但由于+1级衍射光的光强小于0级衍射光，且经过小孔滤波，故所得到干涉图样对比度较低。如采用+1级衍射光作为物光，虽然能提高干涉条纹的对比度，但对投射光栅的光学性能要求较高。

另一种PS/PDI的被测透镜前的照明系统焦点位于被测光学系统(元件)的物面上。作为分束器的透射光栅放置于物面之前，在物面上产生多个焦点。一个含有小孔以及窗口(即较大的孔)的物面板放在物面上，0级衍射光经过小孔产生理想的球面波，+1级衍射光则基本上无衰减的直接通过窗口。两束光经被测光学系统(元件)后，被聚焦于像面上两点。像面上放置另一个含有小孔以及窗口的像面板，这里0级衍射光经过窗口作为物光，而+1级衍射光经过小孔衍射作为参考光。这种PS/PDI的参考光和物光都只经过了一次小孔滤波，相对于前一种PS/PDI来说提高了参考光的光强，在不增加对透射光栅性能要求的同时提高了对比度。但由于照射在物面的光束间距必须小于物面上两光束之间的距离，这对于EUV是很困难的，而对于可见光和深紫外可以采用普通的透镜和激光器来达到这一点。所以，第一种PS/PDI主要用于EUV波段投影物镜系统的检测，而第二种PS/PDI应用于可见光、紫外以及深紫外波段的广大频谱区域。

然而，在上述的现有技术中均采用了通过移动光栅或者其它分束器件的方法产生相移，因此测量结果较易受到环境的影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种操作简单并且测量结果稳定的点衍射干涉仪。