[发明专利]点衍射干涉波像差测量仪及光学系统波像差的检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及干涉测量领域，特别是一种点衍射干涉波像差测量仪及光学系统波像差的检测方法。

背景技术

波像差是描述小像差成像光学系统性能的重要参数。高品质的显微物镜和空间望远镜的波像差需小于λ/4PV或λ/14RMS(λ为工作波长，RMS为均方根值)。深紫外光刻投影物镜的波像差要求达到几个nmRMS，极紫外光刻投影物镜的波像差需达到1nmRMS以下。这对波像差检测技术提出了很高的要求。

在先技术(参见唐锋、王向朝等，点衍射干涉波像差测量仪及检测方法，发明专利，申请号：201310126148.5)提出了一种点衍射干涉波像差测量仪及检测方法，(参见图1)在被测光学系统物面产生两个标准球面波，两个标准球面波的光强、偏振态、光程差可调，能够产生高的干涉可见度，测量结果可消除系统误差。但是，在该技术中，当像方波前检测单元中光电传感器不采用变换光学镜组，只是二维探测器时，被测光学系统数值孔径边缘小部分区域会存在干涉数据缺失，不能实现完整数值孔径的系统误差消除，而且测量步骤较为复杂。

此外，当被测光学系统波像差很小时，上述在先技术系统误差将远大于被测光学系统波像差，检测结果受系统随机噪声影响较大，需要进行多次测量求平均以提高检测精度。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种点衍射干涉波像差测量仪及光学系统波像差的检测方法，以实现对光学系统波像差的高精度检测。该测量仪检测步骤简单、检测方法具有平均效应、随机噪声影响小的优点，并且被测光学系统的数值孔径边缘不存在干涉数据缺失，可实现完整数值孔径的系统误差标定和消除。

本发明的技术解决方案如下：

一种点衍射干涉波像差测量仪，构成包括：光源、分光器、第一光强与偏振态调节器、相移器、第二光强与偏振态调节器、理想波前发生单元、物方精密调节台、被测光学系统、像方波前检测单元、像方精密调节台和数据处理单元；所述的理想波前发生单元是将从其第一输入端和第二输入端输入的光转换成在待测光学系统的物方数值孔径范围内是标准球面波，并分别从其第一输出端或第二输出端输出的光学组件；其特点在于所述的理想波前发生单元的第一输出端和第二输出端之间的中心距离s_o小于被测光学系统的等晕区的直径，而大于被测光学系统像点弥散斑的直径除以被测光学系统的放大倍数。

利用上述点衍射干涉波像差测量仪对被测光学系统波像差的检测方法，其特点在于该方法包括下列步骤：

1)移动物方精密调节台，使理想波前发生单元的第一输出端或第二输出端位于被测光学系统需要测量的视场点的位置；

2)移动像方精密调节台，进行精密对准，使理想波前发生单元的第一输出端的像点与像方掩模的滤波圆孔的中心对准，第二输出端的像点位于像方掩模的透光窗口内部；

3)调节第一光强与偏振态调节器和第二光强与偏振态调节器，使光电传感器采集到的干涉图的强度达到光电传感器的饱和光强的0.6～0.9，干涉可见度达到0.6以上；通过所述的相移器进行相移量δ的相移，所述的光电传感器采集干涉图，再通过所述的相移器进行相移量δ的相移，所述的光电传感器采集另一幅干涉图，重复m次，得到一组依次相应的m幅干涉图：Ia1，Ia2，…，Iam；对该组干涉图进行相位提取和相位解包裹后得到相位分布W_a；

4)移动像方精密调节台，进行精密对准，使理想波前发生单元的第二输出端的像点与像方掩模的滤波圆孔的中心对准，第一输出端的像点位于像方掩模的透光窗口内部；

5)调节第一光强与偏振态调节器和第二光强与偏振态调节器，使光电传感器采集到的干涉图的强度达到光电传感器饱和光强的0.6～0.9，干涉可见度达到0.6以上；通过所述的相移器进行相移量δ的相移共m次，每次所述的光电传感器采集一幅干涉图，得到一组干涉图的光强分布依次为Ib1，Ib2，…，Ibm；对该组干涉图进行相位提取和相位解包裹后得到相位分布W_b；

6)利用公式计算被测光学系统在所测量的视场点的波像差W，利用公式计算点衍射干涉波像差测量仪的系统误差。

本发明具有以下优点：

(1)检测结果可标定及消除被测光学系统完整数值孔径范围内的系统误差；

(2)测量方法具有平均效果，能够获得更高的测量精度和测量重复性；

(3)检测步骤简单。

附图说明

图1是本发明点衍射干涉波像差测量仪的结构示意图；