[发明专利]基于声光外差移相的平晶自标定共光路干涉仪

说明书

技术领域

本发明涉及光学技术领域，尤其涉及一种基于声光外差移相的平晶自标定共光路干涉仪。

背景技术

以深紫外光刻机投影曝光系统为代表的高端光学设备，对光学元件的加工、光学系统的集成提出了极大挑战。干涉仪作为高精度光学元件加工和光学系统集成不可或缺的核心检测设备，检测精度要求不断提高。

传统光学加工中采用的光学面形检测方法包括哈特曼传感器法、刀口法和轮廓法等。这些方法分别存在着非数字化需主观判读或接触损伤待测件等不同的缺点，且很难达到较高的测量精度，是简单测量方法。

干涉检测法早在百年前就已经被使用，属于非接触式测量，且具有大量程、高灵敏度、高精度等特点，在高精度检测时被广泛应用，其原理是一束光照射标准的参考平面作为参考光，另一束光照射被测面返回带有面形信息作为测量光，两束光干涉时由于光斑不同位置相位不同产生光程差从而产生弯曲的干涉条纹，即可判断待测面的面形起伏。直到1974年Bruning等人提出移相干涉技术，把通讯理论中同步相位探测技术引入到光学干涉术中，使得干涉检测球面面形的精度大大提高。其基本原理是经过四步或多步移动待测元件，以改变测试波和参考波之间的位相差，光强也随之改变，从而得到一系列的方程。最后，通过求解方程组得到待测元件(或系统)的位相值。移相干涉技术已经相当成熟，在光学检测领域具有不可替代的地位。

发明人在进行发明创造中发现现有技术主要存在如下缺陷：

1)用于球面检测的Twyman-Green型干涉检测系统：利用标准参考镜的反射波来获得所需的参考波前。来自激光器的光束经扩束系统准直扩束后，由分光板分为两部分：其中一部分平行光束通过分光板，并经标准镜会聚后由待测球面(其曲率中心位于标准镜焦点处)反射回来，该部分光束作为检测光；另一部分平行光束由分光板反射后再经标准参考镜反射回来，此部分光束作为参考光；参考光和检测光在分光板会合后，再经过成像系统,进而在CCD上得到干涉条纹；同时，该系统通过PZT移相器对标准参考镜进行微位移移相，来实现球面的多步移相检测。但是，该系统中测量光与参考光不共光路，对光路经过的每一个光学元件的面形精度要求高，而且易受震动等外界环境影响。

2)用于球面检测的Fizeau干涉检测系统：利用标准镜上的参考面(平面或球面)的反射波来获得所需的参考波前。经准直透镜准直后的输出光束经过一标准镜变成会聚光，其中部分光束由标准镜上的参考球面反射回来，作为参考光；而经过标准镜的透射光则由待测球面反射回来，作为检测光；反射回的参考光和检测光经分光板反射后，再通过成像系统在CCD探测器上得到干涉图；同时，该系统通过PZT移相器对标准镜进行移相，即可实现球面的多步移相检测。但是，该系统中由于采用机械移动作为移相方法，因此精度不够高，且成本高，研制难度大；尤其对大口径面形的测量，精密机械驱动精度降低，测量精度也随之降低。

3)波长移相斐索干涉仪。针对大口径面形的高精度移相检测，1999年前后提出的波长移相斐索干涉仪可以较好的解决了压电推动移相的困难；其波长移相干涉仪光路与上述Fizeau干涉检测系统相同，只是其中不用压电驱动机械移相，而是激光器既作为光源，其波长又可以连续改变，起到移相器的作用，不再需要推动器件实现移相，可以简化了干涉仪的机械结构；并且在测量中，大口径参考镜机械部分保持不动，消除了由于硬件移动引起的各种误差，来提高测量精度。但是，实际上波长调谐激光器内进行波长调谐也是通过压电机械推动或改变温度来改变谐振腔腔长，或通过机械旋转光栅等方法来改变激光波长，虽然需要驱动的元件在激光腔内，口径重量比参考镜要小，但仍不可避免机械运动或温度改变等手段造成的精度降低，并且可调谐激光器研制难度大，成本高；另外，可移相的步数有限，获得的信息少，准确度仍无法满足高精度测量需求。

另外，现有的某些共光路外差干涉仪，由于需要一块面形精度极高的参考镜作为标尺，参考镜的精度直接决定了最终的测量精度，而参考镜的制作难度与成本都极高，尤其对大口径的干涉仪，参考镜直接制约了干涉仪的口径和精度。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于声光外差移相的平晶自标定共光路干涉仪，其具有较高的精度与较高的抗干扰的能力，且研制难度与成本较低。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于声光外差移相的平晶自标定共光路干涉仪，包括：激光器、第一与第二偏振分光镜、第一、第二与第三声光频移器、第一与第二反射镜、合束镜、空间滤波器、点衍射光波生成装置、第一分光镜、准直镜、平晶、直角棱镜或第二分光镜、成像镜与面阵探测器；