[其他]宽带付立叶变换测微技术

说明书

本发明涉及激光衍射测量细微物体图形尺寸的方法，采用宽带付立叶变换镜头研制的测微仪可以测量2-200μm的微小尺寸。

现有的非接触式的测微方法主要有激光扫描法和激光衍射法。激光扫描法则由于聚焦的困难，只能测50μm以上的细丝直径，且存在微米级误差〔1〕，一般的无镜头或有镜头的衍射法均存在非线性偏差，因此，也只能测远大于波长的尺寸〔1〕〔2〕〔3〕，即使用高质量的照像镜头作为付变镜头，也存在非线性偏差，当作高精度谱分析时有效带宽小于100线对/mm。由于付立叶镜头的设计是十分麻烦的〔4〕，相应的对50μm以下微小尺寸的测量也就不易作到。1980年英国科学仪器研究所利用激光衍射原理能测量5～200μm范围的细丝直径。5μ以下细径测量未见报导。

本发明的任务是提出用定值球差补偿正切镜头对正弦镜头的偏离原理，以此原理研制成宽带付里叶变换测微镜头，用镜头的球差来低消衍射中的非线性偏差，用该镜头制作出可以测量2～200μm范围内的细丝和条宽的激光测微仪。

本发明的任务是这样实现的：根据付立叶镜头主面是球面的要求，以满足谱点高度Y＝fsinU的条件，其中f为焦距，U为衍射角，而一

〔1〕A.R.Tebo    ed.E.O.S.D，1982.10

〔2〕M.A.Барт等ИзмертеьнаТехника 1980.12

〔3〕Y.Magosh，Sple    Vol.210    2nd    E.C.O.A.M.1979.77

〔4〕J.W.Goodman;付里叶光学导论，1976.94页。

般成象镜头要求y＝ftgU，为了使一般镜头用作付变镜头，本发明提出使镜片按要求弯曲的办法，以产生一定的球差满足y＝fsinU的条件。为达到足够的带宽要求，设计中不仅考虑了三级象差，还计及五级象差。据此理论可给出一定光焦度下镜头的弯曲量，初步选定镜头面型曲率半径r₁和r₂，然后给定不同的物距S値，用传统的光线追迹方法，按U_k＝sin^-1〔Kλ/X〕，K＝1，2，3…算出各级衍射光束主光线在谱面上的高度y_ks，其中X表示某一适当密度的光栅的周期，求得y_ks和理想値y_k＝fsinU进行比较，优选一个最佳S値，使｜y_ks-y_k｜在某一期望带宽内小于某一期望値。若不能满足期望値时，可根据“欠矫”或“过矫”程度增减透镜的弯曲量，然后重新优选S値，直至满足期望値为止。该光线追迹法可用常规或我们编制的专用程序（Basic语言）进行，据此设计和加工而成的镜头，其线性带宽范围及线性精度据理论分析，计算机光线追迹和镜头实侧，三者符合良好。在0～550线/mm带宽范围内达到0.1%的线性精度，在0～700线/mm带宽范围内达到优于1%的线性精度，故称为宽带付立叶变换镜头。用此镜头可作成付立叶激光测微仪。

由光学付里叶变换原理可知，标准光栅的各级谱点之间是严格等间距的。本发明采用国家计量院鉴定的标准光栅来检定宽带付立叶镜头的线性，幷校准测微仪，其方法是：<1>将光栅置于物面，沿光轴方向移动光栅，谱面近轴谱点，卽1，2级谱点应不动，若光栅移近镜头时谱点远离中心，则应移动谱面靠近镜头，反之远离镜头，直至1，2级谱点不动为止。<2>在原设计物距S（约为f/5）附近，沿轴向移动光栅，观察各高级谱点变动情况，直至各谱点间隔的一致性达期望値，幷与屏上设计刻度重合为止。