[发明专利]基于横向剪切干涉的扩束准直系统波面像差检测方法

说明书

技术领域

本发明属于光学检测技术领域，具体涉及基于横向剪切干涉的扩束准直系统波面像差检测方法。

背景技术

激光器发出的光束虽然具有很好的方向性，但是仍然存在一定的发散角。现有通常采用扩束准直系统来改善其方向性，即将扩束准直系统设置于激光前进的光路上，利用其压缩激光器发出光束的发散角且扩大光束尺寸，此过程就称为激光光束的扩束准直。激光光束的扩束准直在光学精密测量方面及光学成像方面均具有广泛地应用。在光学成像方面，激光扩束准直是激光直写光刻技术中的重要技术，激光光束经过扩束准直系统后光波的像质将直接影响到激光直写的效果，即直接影响激光直写光刻的成像性能，为此，必须对扩束准直系统的波面像差进行检测、校正及控制，从而保证激光直写光刻的高质量的曝光成像。

目前，在光学检测技术领域中，主要采用哈特曼法和五棱镜扫描法实现对扩束准直系统的波面像差检测。但上述两种方法都存在着不足，针对于哈特曼法：一方面由于其采用较低波面采样能力的阵列孔径进行波面采样，因此影响了待测波面的检测精度；另一方面由于哈特曼板制作难度大，加工工艺限制了哈特曼板的尺寸，从而使其难以测量口径较大的光束。针对于五棱镜扫描法：本质上是一种串行的哈特曼法，其通过五棱镜扫描整个待测光波波面实现对待测波面的检测；由于五棱镜面型误差及角度制造误差会对待测波面产生影响，进而影响待测波面的检测精度，为此对五棱镜的加工要求很高，导致加工难度大、成本高。

发明内容

本发明的目的是提出一种基于横向剪切干涉的扩束准直系统波面像差检测方法，该方法可以消除±3级及±3的倍级衍射光的影响，使得所形成的干涉光波主要集中在±1级衍射光中，从而提高了检测精度。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种基于横向剪切干涉的扩束准直系统波面像差检测方法，具体步骤为：

步骤一、在扩束准直系统出射光束的光路上依次设置一维位相光栅和光电探测单元；并设定扩束准直系统出射光束的传播方向为z轴，并以z轴建立左手坐标系，则水平方向为x轴，竖直方向y轴；

其中，一维位相光栅上相邻透光部分设置不同的刻蚀深度使透过相邻透光部分的光波存在180°相位差；同时，两相邻透光部分之间的非透光部分的宽度为p/6，透光部分的宽度为p/3，p为一维位相光栅的周期；且为了保证光电探测单元对剪切干涉图的采样，设定p≥16β，β为光电探测单元203的像元尺寸；

步骤二、旋转一维位相光栅，使光栅线条与y轴平行，进一步控制一维位相光栅使其沿x轴方向移动0、p/4、p/2、3p/4，图像探测单元依次采集对应0、π/2、π、3π/2相移的x方向剪切干涉图

旋转一维位相光栅，使光栅线条与x轴平行，进一步控制一维位相光栅使其沿y轴方向移动0、p/4、p/2、3p/4，图像探测单元依次采集对应0、π/2、π、3π/2相移的y方向剪切干涉图

步骤三、根据x方向剪切干涉图和y方向剪切干涉图获取扩束准直系统的波面像差。

本发明所述步骤二进一步包括当检测波面像差较小的扩束准直系统时，调节一维位相光栅使其沿z轴向靠近光电探测单元方向移动；当检测波面像差较大的扩束准直系统时，调节单元一维位相光栅使其沿z轴向远离光电探测单元方向移动。

本发明所述获取扩束准直系统的波面像差的具体步骤为：

步骤401、对剪切干涉图和进行傅里叶变换，获得和的频谱分布；并进一步从和的频谱分布中分别获取x，y方向的+1级频谱的中心坐标和的值；

步骤402、利用值获得x方向的仅含载波位相分布利用值获得y方向的仅含载波位相分布

步骤403、根据x方向剪切干涉图及y方向剪切干涉图得到x方向含有载波位相的包裹位相和y方向含有载波位相的包裹位相利用位相展开技术对x、y方向的包裹位相和进行解包裹处理，获得x方向含有载波位相的差分位相和y方向含有载波位相的差分位相

步骤404、利用位相减去载波位相获得x方向差分待测位相Φ^x，利用差分位相减去载波位相获得y方向差分待测位相Φ^y；

步骤405、利用基于差分泽尼克的波面重构技术对x，y方向的差分波位相Φ^x和Φ^y进行重构，此时可以获得用37项泽尼克系数及其对应泽尼克多项式的线性组合表示的待测波面，其中，37项泽尼克系数的大小表示波面像差。

本发明所述步骤405进一步利用波面像差中表示离焦像差的第4项泽尼克系数获取扩束准直波面的曲率半径为及光波发散角。

有益效果