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基于低頻差聲光移頻器移相的外差點(diǎn)衍射干涉儀的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于低頻差聲光移頻器移相的外差點(diǎn)衍射干涉儀，包括光束調(diào)整單元、低頻差移相單元、點(diǎn)衍射單元以及面陣探測(cè)器單元：光束調(diào)整單元，用于將激光器的出射激光調(diào)整為功率相同的兩束激光；低頻差移相單元，用于對(duì)光束調(diào)整單元得到的兩束激光的頻率進(jìn)行調(diào)整以得到兩束激光的輸出差頻為100赫茲以下的低差頻；點(diǎn)衍射單元，用于將低頻差移相單元調(diào)整后的激光分為測(cè)量光和參考光以產(chǎn)生干涉；面陣探測(cè)器單元，用于采集干涉。采用聲光移頻器外差干涉移相，有效避免干涉儀存在運(yùn)動(dòng)件，測(cè)量精度提高，抗干擾性好，低頻差外差干涉與面陣探測(cè)器連續(xù)采集，獲得的信息量更豐富利于精確解算相位及克服噪聲影響。
【專利說明】基于低頻差聲光移頻器移相的外差點(diǎn)衍射干涉儀

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光學(xué)檢測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種基于低頻差聲光移頻器移相的外差點(diǎn)衍射干涉儀。

【背景技術(shù)】
[0002]作為集成電路制造的關(guān)鍵設(shè)備，光刻機(jī)的研制得到了重大支持，已經(jīng)初步掌握了用于45nm加工工藝的深紫外光刻機(jī)(DUVL)加工和檢測(cè)，正在開展用于45nm以下加工工藝的極紫外光刻機(jī)(EUVL)研制的預(yù)先研究。以EUVL投影曝光系統(tǒng)為代表的高端光學(xué)設(shè)備，對(duì)光學(xué)元件的加工、光學(xué)系統(tǒng)的集成提出了極大挑戰(zhàn)。干涉儀作為高精度光學(xué)元件加工和光學(xué)系統(tǒng)集成不可或缺的核心檢測(cè)設(shè)備，檢測(cè)精度要求不斷提高。
[0003]傳統(tǒng)的球面干涉檢測(cè)法都是利用一個(gè)具有較高面形精度的參考平面或球面獲得所需參考波面，進(jìn)而與攜帶待測(cè)面形信息的檢測(cè)波面進(jìn)行比較，由此得到待測(cè)面形數(shù)據(jù)。因而標(biāo)準(zhǔn)鏡上參考面的面形精度直接限制了傳統(tǒng)干涉系統(tǒng)所能實(shí)現(xiàn)的檢測(cè)精度。而點(diǎn)衍射干涉儀(Point Diffract1n Interferometer,簡(jiǎn)稱F1DI)的出現(xiàn)和發(fā)展很好的解決了該問題。點(diǎn)衍射球面干涉檢測(cè)技術(shù)的基本思想是利用點(diǎn)衍射原理來獲取理想的球面波，并將衍射波前的一部分作為參考波前，另一部分作為檢測(cè)波前，進(jìn)而可實(shí)現(xiàn)球面面形的高精度檢測(cè)。利用點(diǎn)衍射原理獲得理想球面波前，避免了傳統(tǒng)干涉檢測(cè)系統(tǒng)中由于標(biāo)準(zhǔn)鏡面形誤差對(duì)于系統(tǒng)檢測(cè)精度的限制，因而可以達(dá)到衍射極限性能的分辨率，并使得檢測(cè)精度具有較好的再現(xiàn)性。按照點(diǎn)衍射波前的獲取方式不同，可將點(diǎn)衍射球面干涉檢測(cè)法分為光纖點(diǎn)衍射干涉檢測(cè)法和針孔點(diǎn)衍射干涉檢測(cè)法。
[0004]但是，由于采用機(jī)械移動(dòng)作為移相方法，因此精度仍不夠高，成本高，研制難度大。尤其對(duì)大口徑面形的測(cè)量，精密機(jī)械驅(qū)動(dòng)精度降低，測(cè)量精度也隨之降低。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明實(shí)施例的目的是提供一種基于低頻差聲光移頻器移相的外差點(diǎn)衍射干涉儀，實(shí)現(xiàn)避免干涉儀存在運(yùn)動(dòng)件，提高測(cè)量精度和抗干擾性能。
[0006]本發(fā)明實(shí)施例的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0007]—種基于低頻差聲光移頻器移相的外差點(diǎn)衍射干涉儀，包括光束調(diào)整單元、低頻差移相單元、點(diǎn)衍射單元以及面陣探測(cè)器單元:
[0008]所述光束調(diào)整單元，用于將激光器的出射激光調(diào)整為功率相同的兩束激光；
[0009]所述低頻差移相單元，用于對(duì)所述光束調(diào)整單元得到的所述兩束激光的頻率進(jìn)行調(diào)整以得到所述兩束激光的輸出差頻為100赫茲以下的低差頻；
[0010]所述點(diǎn)衍射單元，用于將所述低頻差移相單元調(diào)整后的激光分為測(cè)量光和參考光以產(chǎn)生干涉；
[0011]所述面陣探測(cè)器單元，用于采集所述干涉。
[0012]由上述本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案可以看出，采用聲光移頻器外差干涉移相，有效避免干涉儀存在運(yùn)動(dòng)件，測(cè)量精度進(jìn)一步提高，抗干擾性好，采用低頻差外差干涉與面陣探測(cè)器連續(xù)采集，獲得的信息量更豐富，更有利于精確解算相位及克服噪聲等因素影響。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他附圖。
[0014]圖1為本發(fā)明實(shí)施例基于低頻差聲光移頻器移相的外差點(diǎn)衍射干涉儀的構(gòu)成示意圖。
[0015]圖2為本發(fā)明實(shí)施例基于低頻差聲光移頻器移相的外差點(diǎn)衍射干涉儀的應(yīng)用示意圖。
[0016]圖3為本發(fā)明實(shí)施例基于低頻差聲光移頻器移相的外差點(diǎn)衍射干涉儀的采集信號(hào)不意圖。
[0017]圖4為本發(fā)明實(shí)施例基于低頻差聲光移頻器移相的外差點(diǎn)衍射干涉儀的應(yīng)用示意圖。
[0018]圖5為本發(fā)明實(shí)施例基于低頻差聲光移頻器移相的外差點(diǎn)衍射干涉儀的應(yīng)用示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0020]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)幾乎都采用機(jī)械驅(qū)動(dòng)進(jìn)行移相，達(dá)到高精度難度大，抗干擾性差，獲取信息量小，高精度解算算法復(fù)雜。
[0021]本發(fā)明為了解決上述問題，采用聲光移頻器外差點(diǎn)衍射干涉移相，有效避免干涉儀存在運(yùn)動(dòng)件，測(cè)量精度進(jìn)一步提高，抗干擾性好，且研制難度與成本可以降低。尤其對(duì)于大口徑面形的測(cè)量，相比機(jī)械驅(qū)動(dòng)同樣的優(yōu)勢(shì)更明顯。
[0022]如圖1所示，一種基于低頻差聲光移頻器移相的外差點(diǎn)衍射干涉儀，包括光束調(diào)整單元11、低頻差移相單元12、點(diǎn)衍射單元13以及面陣探測(cè)器單元14:
[0023]光束調(diào)整單元，用于將激光器的出射激光調(diào)整為功率相同的兩束激光；
[0024]低頻差移相單元，用于對(duì)光束調(diào)整單元得到的兩束激光的頻率進(jìn)行調(diào)整以得到兩束激光的輸出差頻為100赫茲以下的低差頻；
[0025]點(diǎn)衍射單元，用于將低頻差移相單元調(diào)整后的激光分為測(cè)量光和參考光以產(chǎn)生干涉;
[0026]面陣探測(cè)器單元，用于采集干涉。
[0027]具體而言，光束調(diào)整單元可以包括:激光器、可調(diào)諧濾光片和第一分光鏡，將激光器的出射激光調(diào)整為功率相同的兩束激光；
[0028]或者，光束調(diào)整單元可以包括:激光器和第一分光鏡，將激光器的出射激光調(diào)整為功率相同的兩束激光。
[0029]第一分光鏡可以為1:1分光棱鏡，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，I:1分光棱鏡可以稱為半透半反棱鏡。本領(lǐng)域技術(shù)人員知道的其他半波片加偏振分光鏡的組合將光調(diào)整為功率相同的兩束激光的方式，也可以使用。
[0030]具體而言，低頻差移相單元可以包括:
[0031]第一聲光移頻器、第二聲光移頻器以及同源低頻差驅(qū)動(dòng)器；
[0032]第一聲光移頻器和第二聲光移頻器通過同源低頻差驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)，輸出差頻為100赫茲以下的低差頻，且第一聲光移頻器用于調(diào)整兩束激光中的一束激光的頻率，第二聲光移頻器用于調(diào)整兩束激光中另一束激光的頻率。
[0033]本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，兩個(gè)聲光移頻器的移頻量大小不同，因此輸出差頻為幾赫茲量級(jí)到幾十赫茲量級(jí)都可以，以便使用現(xiàn)有面陣探測(cè)器單元探測(cè)，赫茲數(shù)值可以是整數(shù)也可以為小數(shù)，不受限制。
[0034]具體而言，點(diǎn)衍射單元可以包括:
[0035]第一光纖稱合鏡、第二光纖稱合鏡、第一偏振調(diào)節(jié)器、第二偏振調(diào)節(jié)器、第一單模保偏光纖、第二單模保偏光纖以及第二分光鏡，第一單模保偏光纖的出射端具有反射膜；
[0036]低頻差移相單元調(diào)整后的一束激光經(jīng)第一光纖耦合鏡耦合到第一單模保偏光纖，低頻差移相單元調(diào)整后的另一束激光經(jīng)第二光纖耦合鏡耦合到第二單模保偏光纖，通過第一偏振調(diào)節(jié)器和第二偏振調(diào)節(jié)器分別調(diào)整第一單模保偏光纖以及第二單模保偏光纖的出射光的偏振方向一致，且第一單模保偏光纖的出射光作為測(cè)量光，第二單模保偏光纖的出射光作為參考光；
[0037]測(cè)量光經(jīng)待測(cè)元件的待測(cè)表面反射或者透射后進(jìn)入面陣探測(cè)器單元，參考光經(jīng)第二分光鏡后進(jìn)入面陣探測(cè)器單元，形成干涉。
[0038]或者，作為一種可選方案，點(diǎn)衍射單元包括:
[0039]顯微物鏡、衍射小孔、第二光纖耦合鏡、第二偏振調(diào)節(jié)器、第二單模保偏光纖以及第二分光鏡；
[0040]低頻差移相單元調(diào)整后的一束激光經(jīng)顯微物鏡匯聚到衍射小孔，衍射小孔的出射光作為測(cè)量光，低頻差移相單元調(diào)整后的另一束激光經(jīng)第二光纖耦合鏡耦合到第二單模保偏光纖，通過第二偏振調(diào)節(jié)器調(diào)整第二單模保偏光纖的出射光的偏振方向與衍射小孔的出射光的偏振方向一致，第二單模保偏光纖的出射光作為參考光。
[0041]S卩，將光纖換為點(diǎn)衍射小孔，用顯微物鏡匯聚至小孔再將衍射出射的光作為測(cè)量光。
[0042]或者，作為一種可選方案，點(diǎn)衍射單元可以包括:
[0043]顯微物鏡、衍射小孔、第一光纖稱合鏡、第一偏振調(diào)節(jié)器、第一單模保偏光纖、以及第二分光鏡，第一單模保偏光纖的出射端具有反射膜；
[0044]低頻差移相單元調(diào)整后的一束激光經(jīng)顯微物鏡匯聚到衍射小孔，衍射小孔的出射光作為參考光，低頻差移相單元調(diào)整后的另一束激光經(jīng)第一光纖耦合鏡耦合到第一單模保偏光纖，通過第一偏振調(diào)節(jié)器調(diào)整第一單模保偏光纖的出射光的偏振方向與衍射小孔的出射光的偏振方向一致，第一單模保偏光纖的出射光作為測(cè)量光。
[0045]光纖換為點(diǎn)衍射小孔，用顯微物鏡匯聚至小孔再將衍射出射的光作為參考光。
[0046]或者，作為一種可選方案，點(diǎn)衍射單元可以包括:
[0047]第一顯微物鏡、第一衍射小孔、第二顯微物鏡以及第二衍射小孔；
[0048]低頻差移相單元調(diào)整后的一束激光經(jīng)第一顯微物鏡匯聚到第一衍射小孔，低頻差移相單元調(diào)整后的另一束激光經(jīng)第二顯微物鏡匯聚到第二衍射小孔，第一衍射小孔的出射光的偏振方向與第二衍射小孔的出射光的偏振方向一致，第一衍射小孔的出射光作為測(cè)量光，第二衍射小孔的出射光作為參考光；
[0049]測(cè)量光經(jīng)待測(cè)元件的待測(cè)表面反射或者透射后進(jìn)入面陣探測(cè)器單元，參考光經(jīng)第二分光鏡后進(jìn)入面陣探測(cè)器單元，形成干涉。
[0050]S卩，參考光路和測(cè)量光路，都由光纖換為點(diǎn)衍射小孔。
[0051]本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，光纖耦合鏡用于將空間傳輸?shù)募す鈱?dǎo)入光纖。
[0052]本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，衍射小孔為圓度很好，直徑僅為微米級(jí)甚至更小的理想小孔。
[0053]本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，光纖或小孔出射的點(diǎn)衍射光是發(fā)散的，且發(fā)散角由光纖性質(zhì)決定，是固定的，不需要進(jìn)一步擴(kuò)展，測(cè)量時(shí)不同口徑的待測(cè)面可以通過調(diào)整到光纖的距離來控制接受光斑的大小。
[0054]第一衍射小孔的出射光的偏振方向與第二衍射小孔的出射光的偏振方向一致可通過對(duì)出射光的偏振方向進(jìn)行測(cè)量保證，也可通過調(diào)整干涉條紋對(duì)比度至最大來保證。
[0055]其中，第二分光棱鏡可以為1:1分光棱鏡。
[0056]可選的，點(diǎn)衍射單元還可以包括:待測(cè)元件，待測(cè)元件的焦點(diǎn)位于第一單模保偏光纖的出射端，或者，待測(cè)元件的焦點(diǎn)位于衍射小孔處，或者，待測(cè)元件的焦點(diǎn)位于第一衍射小孔處。
[0057]待測(cè)元件的待測(cè)表面可以為透射球面鏡表面，或者待測(cè)元件的待測(cè)表面為反射球面鏡表面。
[0058]可選的，點(diǎn)衍射單元還可以包括:傅立葉透鏡以及監(jiān)視相機(jī)作為監(jiān)視系統(tǒng)。
[0059]監(jiān)視系統(tǒng)為光路的分路(從第二分光鏡處引出分路)，傅里葉透鏡對(duì)分路光聚焦，參考光和測(cè)量光若方向不同，在監(jiān)視相機(jī)上會(huì)聚為不同位置的點(diǎn)，可通過這個(gè)分離距離保持監(jiān)視測(cè)量光與參考光的夾角。
[0060]本發(fā)明實(shí)施例的基于低頻差聲光移頻器移相的外差點(diǎn)衍射干涉儀，還可以包括復(fù)原單元，用于根據(jù)= ++~]得到每相鄰點(diǎn)的R值之差實(shí)現(xiàn)復(fù)原待測(cè)面的面型；
[0061]其中，^和V2分別表示低頻差移相單元處理后的兩束激光的頻率，E表示兩束激光的光強(qiáng)，S(t)表示面陣探測(cè)器上任一點(diǎn)采集的隨時(shí)間t變化的干涉信號(hào)，L表示測(cè)量光往返待測(cè)表面時(shí)相對(duì)于參考光多走的光程，R表示待測(cè)表面粗糙的起伏量，c表示光速。
[0062]本發(fā)明實(shí)施例的基于低頻差聲光移頻器移相的外差點(diǎn)衍射干涉儀，對(duì)球面反射鏡進(jìn)行測(cè)量，其光路原理如圖2所示:
[0063]激光器21出射激光經(jīng)過可調(diào)諧濾光片22控制激光功率，再經(jīng)過分光鏡23平分為功率相等的兩束光，分別通過聲光移頻器241，242，聲光移頻器241，242由同源低頻差驅(qū)動(dòng)器243驅(qū)動(dòng)。聲光移頻器改變激光頻率，兩個(gè)移頻器的移頻量不同，差頻為幾赫茲或幾十赫茲量級(jí)的低差頻，一束光作為測(cè)量光，另一束光作為參考光。兩束光分別利用光纖耦合鏡251，252耦合進(jìn)入單模保偏光纖261，262，利用偏振調(diào)節(jié)器271，272將出射光的偏振方向調(diào)為一致以進(jìn)行干涉。一根光纖(如單模保偏光纖261)的出射光作為測(cè)量光照射到待測(cè)球面反射鏡28，該球面鏡28的焦點(diǎn)調(diào)節(jié)至光纖出射端上，光纖出射端鍍有反射膜，將球面鏡28返回的光反射向面陣探測(cè)器29。另一根光纖的光作為參考光經(jīng)分光鏡210后經(jīng)準(zhǔn)直徑211直接進(jìn)入面陣探測(cè)器29。分光鏡210另一側(cè)設(shè)計(jì)傅立葉透鏡212以及監(jiān)視相機(jī)213用以監(jiān)視方便光纖的調(diào)節(jié)。
[0064]設(shè)移頻后兩束光的頻率分別為▽1和V2，頻差V r V2為幾赫茲或幾十赫茲量級(jí)，面陣探測(cè)器采樣頻率只需滿足采樣定理即高于頻差的兩倍即可準(zhǔn)確探測(cè)外差的拍頻信號(hào)。由于頻差較小，常用的面陣相機(jī)就可以輕易滿足該采樣頻率要求。設(shè)兩束光的光強(qiáng)都為E，則面陣探測(cè)器上一點(diǎn)采集的隨時(shí)間t變化的干涉信號(hào)S(t)表示為:
[0065]Sit) = 2E+ 2Ecos[2,-(v1 -v,)/ + 2x l7lVl{-L + K)]
'C
[0066]其中L為測(cè)量光束往返待測(cè)表面時(shí)相對(duì)于參考光多走的光程，R為待測(cè)面粗糙的起伏量，c為光速。面陣探測(cè)器的一點(diǎn)對(duì)應(yīng)待測(cè)面上的一個(gè)點(diǎn)，相機(jī)連續(xù)采集一組面陣照片，即為一組數(shù)據(jù)立方，對(duì)應(yīng)相同每一點(diǎn)的值抽取出來為一余弦周期信號(hào)，即為S(t)的形式，如圖3所示。由信號(hào)形式可以看出，不同點(diǎn)由于粗糙起伏的R值不同，造成探測(cè)器上對(duì)應(yīng)點(diǎn)探測(cè)的信號(hào)相位不同。利用傅里葉分析或其它數(shù)據(jù)處理方法可解算每點(diǎn)出信號(hào)的相位，即可獲得待測(cè)表面的起伏量。分別計(jì)算每相鄰點(diǎn)的R值之差就可復(fù)原出待測(cè)面的面型。
[0067]本發(fā)明實(shí)施例的基于低頻差聲光移頻器移相的外差點(diǎn)衍射干涉儀，透射球面鏡進(jìn)行測(cè)量。而且，作為一種替換方式，激光器和分光鏡，將激光器的出射激光調(diào)整為功率相同的兩束激光，其光路原理如圖4所示:
[0068]激光器41出射激光經(jīng)過分光鏡42平分為功率相等的兩束光，分別通過聲光移頻器431，432，聲光移頻器431，432由同源低頻差驅(qū)動(dòng)器434驅(qū)動(dòng)。聲光移頻器改變激光頻率，兩個(gè)移頻器的移頻量不同，差頻為幾赫茲或幾十赫茲量級(jí)的低差頻，一束光作為測(cè)量光，另一束光作為參考光。兩束光分別利用光纖耦合鏡441，442耦合進(jìn)入單模保偏光纖451，452，利用偏振調(diào)節(jié)器461，462將出射光的偏振方向調(diào)為一致以進(jìn)行干涉。一根光纖(如單模保偏光纖452)的出射光作為測(cè)量光照射到待測(cè)透射球面鏡47，該透射球面鏡47的焦點(diǎn)調(diào)節(jié)至光纖出射端上，經(jīng)分光鏡48后經(jīng)準(zhǔn)直徑49直接進(jìn)入面陣探測(cè)器410。另一根光纖的光作為參考光經(jīng)分光鏡48后經(jīng)準(zhǔn)直徑49直接進(jìn)入面陣探測(cè)器410。分光鏡49另一側(cè)設(shè)計(jì)傅立葉透鏡411以及監(jiān)視相機(jī)412用以監(jiān)視方便光纖的調(diào)節(jié)。
[0069]作為一種替換方式，本發(fā)明實(shí)施例的基于低頻差聲光移頻器移相的外差點(diǎn)衍射干涉儀，可將如圖2所示的光纖換為點(diǎn)衍射小孔，用顯微物鏡聚至點(diǎn)衍射小孔再將衍射出射的光作為測(cè)量光。而且，作為一種替換方式，半波片和偏振分光鏡，將激光器的出射激光調(diào)整為功率相同的兩束激光，其光路原理如圖5所示:
[0070]圖5中，激光器51出射激光經(jīng)過半波片52和偏振分光鏡53平分為功率相等的兩束光，分別通過聲光移頻器531，532，聲光移頻器531，532由同源低頻差驅(qū)動(dòng)器533驅(qū)動(dòng)。聲光移頻器改變激光頻率，兩個(gè)移頻器的移頻量不同，差頻為幾赫茲或幾十赫茲量級(jí)的低差頻，一束光作為測(cè)量光，另一束光作為參考光。一束光利用光纖耦合鏡54耦合進(jìn)入單模保偏光纖55,利用偏振調(diào)節(jié)器56將出射光的偏振方向調(diào)整,作為參考光經(jīng)分光鏡510后經(jīng)準(zhǔn)直徑511直接進(jìn)入面陣探測(cè)器512。另一束光經(jīng)顯微物鏡57匯聚至點(diǎn)衍射小孔58再將衍射出射的光作為測(cè)量光照射到待測(cè)透射球面鏡59，經(jīng)分光鏡510后經(jīng)準(zhǔn)直徑511進(jìn)入面陣探測(cè)器512。分光鏡510另一側(cè)設(shè)計(jì)傅立葉透鏡513以及監(jiān)視相機(jī)514用以監(jiān)視方便光纖的調(diào)節(jié)。
[0071]本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，還可以將參考光換做小孔衍射光，或者，將參考光和測(cè)量光兩者皆換為小孔衍射光，在此不作贅述。
[0072]通過以上描述，本發(fā)明實(shí)施例的基于低頻差聲光移頻器移相的外差點(diǎn)衍射干涉儀:
[0073]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)幾乎都采用機(jī)械驅(qū)動(dòng)進(jìn)行移相，達(dá)到高精度難度大，抗擾性差，有效避免干涉儀存在運(yùn)動(dòng)件，測(cè)量精度進(jìn)一步提高，抗干擾性好，且研制難度與成本可以降低。
[0074]尤其對(duì)于大口徑面形的測(cè)量，機(jī)械驅(qū)動(dòng)方法需要更大口徑和力量的驅(qū)動(dòng)器，這樣的越大的驅(qū)動(dòng)器精度自然越低，而本發(fā)明實(shí)施例基于低頻差聲光移頻器移相的外差干涉與被測(cè)面口徑無關(guān)，不會(huì)存在對(duì)大口徑測(cè)量精度降低的情況
[0075]另外，采用低頻差外差干涉與面陣探測(cè)器連續(xù)采集，獲得的信息量更豐富，更有利于精確解算相位，更有利于克服噪聲等因素影響。
[0076]以上，僅為本發(fā)明較佳的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于低頻差聲光移頻器移相的外差點(diǎn)衍射干涉儀，其特征在于，包括光束調(diào)整單元、低頻差移相單元、點(diǎn)衍射單元以及面陣探測(cè)器單元: 所述光束調(diào)整單元，用于將激光器的出射激光調(diào)整為功率相同的兩束激光； 所述低頻差移相單元，用于對(duì)所述光束調(diào)整單元得到的所述兩束激光的頻率進(jìn)行調(diào)整以得到所述兩束激光的輸出差頻為100赫茲以下的低差頻； 所述點(diǎn)衍射單元，用于將所述低頻差移相單元調(diào)整后的激光分為測(cè)量光和參考光以產(chǎn)生干涉； 所述面陣探測(cè)器單元，用于采集所述干涉。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于低頻差聲光移頻器移相的外差點(diǎn)衍射干涉儀，其特征在于，所述光束調(diào)整單元包括:激光器、可調(diào)諧濾光片和第一分光鏡； 或者，所述光束調(diào)整單元包括:激光器和第一分光鏡。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于低頻差聲光移頻器移相的外差點(diǎn)衍射干涉儀，其特征在于，所述低頻差移相單元包括: 第一聲光移頻器、第二聲光移頻器以及同源低頻差驅(qū)動(dòng)器； 所述第一聲光移頻器和所述第二聲光移頻器通過所述同源低頻差驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)，輸出差頻為幾赫茲量級(jí)的低差頻或者輸出差頻為幾十赫茲量級(jí)的低差頻，且所述第一聲光移頻器用于調(diào)整所述兩束激光中的一束激光的頻率，所述第二聲光移頻器用于調(diào)整所述兩束激光中另一束激光的頻率。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于低頻差聲光移頻器移相的外差點(diǎn)衍射干涉儀，其特征在于，所述點(diǎn)衍射單元包括: 第一光纖耦合鏡、第二光纖耦合鏡、第一偏振調(diào)節(jié)器、第二偏振調(diào)節(jié)器、第一單模保偏光纖、第二單模保偏光纖以及第二分光鏡，所述第一單模保偏光纖的出射端具有反射膜； 所述低頻差移相單元調(diào)整后的一束激光經(jīng)所述第一光纖耦合鏡耦合到所述第一單模保偏光纖，所述低頻差移相單元調(diào)整后的另一束激光經(jīng)所述第二光纖耦合鏡耦合到所述第二單模保偏光纖，通過所述第一偏振調(diào)節(jié)器和所述第二偏振調(diào)節(jié)器分別調(diào)整所述第一單模保偏光纖以及所述第二單模保偏光纖的出射光的偏振方向一致，且所述第一單模保偏光纖的出射光作為測(cè)量光，所述第二單模保偏光纖的出射光作為參考光； 所述測(cè)量光經(jīng)待測(cè)元件的待測(cè)表面反射或者透射后進(jìn)入所述面陣探測(cè)器單元，所述參考光經(jīng)第二分光鏡后進(jìn)入所述面陣探測(cè)器單元，形成干涉。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于低頻差聲光移頻器移相的外差點(diǎn)衍射干涉儀，其特征在于，所述點(diǎn)衍射單元包括: 顯微物鏡、衍射小孔、第二光纖耦合鏡、第二偏振調(diào)節(jié)器、第二單模保偏光纖以及第二分光鏡； 所述低頻差移相單元調(diào)整后的一束激光經(jīng)所述顯微物鏡匯聚到所述衍射小孔，所述衍射小孔的出射光作為測(cè)量光，所述低頻差移相單元調(diào)整后的另一束激光經(jīng)所述第二光纖耦合鏡耦合到所述第二單模保偏光纖，通過所述第二偏振調(diào)節(jié)器調(diào)整所述第二單模保偏光纖的出射光的偏振方向與所述衍射小孔的出射光的偏振方向一致，所述第二單模保偏光纖的出射光作為參考光； 或者，所述點(diǎn)衍射單元包括: 顯微物鏡、衍射小孔、第一光纖稱合鏡、第一偏振調(diào)節(jié)器、第一單模保偏光纖、以及第二分光鏡，所述第一單模保偏光纖的出射端具有反射膜； 所述低頻差移相單元調(diào)整后的一束激光經(jīng)所述顯微物鏡匯聚到所述衍射小孔，所述衍射小孔的出射光作為參考光，所述低頻差移相單元調(diào)整后的另一束激光經(jīng)所述第一光纖耦合鏡耦合到所述第一單模保偏光纖，通過所述第一偏振調(diào)節(jié)器調(diào)整所述第一單模保偏光纖的出射光的偏振方向與所述衍射小孔的出射光的偏振方向一致，所述第一單模保偏光纖的出射光作為測(cè)量光； 或者，所述點(diǎn)衍射單元包括: 第一顯微物鏡、第一衍射小孔、第二顯微物鏡以及第二衍射小孔； 所述低頻差移相單元調(diào)整后的一束激光經(jīng)所述第一顯微物鏡匯聚到所述第一衍射小孔，所述低頻差移相單元調(diào)整后的另一束激光經(jīng)所述第二顯微物鏡匯聚到所述第二衍射小孔，所述第一衍射小孔的出射光的偏振方向與所述第二衍射小孔的出射光的偏振方向一致，所述第一衍射小孔的出射光作為測(cè)量光，所述第二衍射小孔的出射光作為參考光；所述測(cè)量光經(jīng)待測(cè)元件的待測(cè)表面反射或者透射后進(jìn)入所述面陣探測(cè)器單元，所述參考光經(jīng)第二分光鏡后進(jìn)入所述面陣探測(cè)器單元，形成干涉。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的基于低頻差聲光移頻器移相的外差點(diǎn)衍射干涉儀，其特征在于，所述點(diǎn)衍射單元還包括:待測(cè)元件，所述待測(cè)元件的焦點(diǎn)位于所述第一單模保偏光纖的出射端，或者，所述待測(cè)元件的焦點(diǎn)位于所述衍射小孔處，或者，所述待測(cè)元件的焦點(diǎn)位于所述第一衍射小孔處。
7.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的基于低頻差聲光移頻器移相的外差點(diǎn)衍射干涉儀，其特征在于，所述待測(cè)元件的待測(cè)表面為透射球面鏡表面，或者所述待測(cè)元件的待測(cè)表面為反射球面鏡表面。
8.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的基于低頻差聲光移頻器移相的外差點(diǎn)衍射干涉儀，其特征在于，所述點(diǎn)衍射單元還包括:傅立葉透鏡以及監(jiān)視相機(jī)。
9.根據(jù)權(quán)利要求2或4或5所述的基于低頻差聲光移頻器移相的外差點(diǎn)衍射干涉儀，其特征在于，所述第一分光棱鏡和所述第二分光棱鏡為1:1分光棱鏡。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于低頻差聲光移頻器移相的外差點(diǎn)衍射干涉儀，其特征在于，所述基于低頻差聲光移頻器移相的外差點(diǎn)衍射干涉儀還包括復(fù)原單元，用于根據(jù)S(t) = 2E +-K2)? + 2x --]得到每相鄰點(diǎn)的R值之差實(shí)現(xiàn)復(fù)原所述待c ,測(cè)面的面型； 其中，^和〃2分別表示所述低頻差移相單元處理后的兩束激光的頻率，E表示兩束激光的光強(qiáng)，S(t)表示所述面陣探測(cè)器上任一點(diǎn)采集的隨時(shí)間t變化的干涉信號(hào)，L表示測(cè)量光往返待測(cè)表面時(shí)相對(duì)于參考光多走的光程，R表示待測(cè)表面粗糙的起伏量，c表示光速。
【文檔編號(hào)】G01B11/24GK104296676SQ201410514491
【公開日】2015年1月21日 申請(qǐng)日期:2014年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月29日
【發(fā)明者】相里斌, 張文喜, 李楊, 伍洲, 孔新新, 呂笑宇, 周志盛 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院光電研究院