一种微孔衍射波前质量的测量装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于光学测量技术领域，特别是涉及一种进行波前的高精度测量的 微孔衍射波前质量的测量装置。
【背景技术】
[0002] 随着半导体、航空航天等技术的发展，高精度光学元件的需求和应用越来越广。纳 米/亚纳米精度的光学元件在光刻投影物镜、X射线显微镜、重力波探测用迈克尔逊干涉仪 等研究领域具有极为重要的作用。因此，发展超高精度面形检测技术是实现这些领域中高 精度光学元件成功应用的重要保证。
[0003] 普通商业菲索干涉仪和泰曼_格林干涉仪由于受参考元件的限制，其检测精度不 高。点衍射干涉仪（PDI)作为目前面形绝对测量领域中精度最高的设备，是解决超高精度 光学元件面形检测的重要方法，同时，PDI也是高精度系统集成装调中系统波像差高精度检 测的重要设备。微孔衍射波前质量是影响点衍射干涉仪测量精度的一个重要因素。
[0004] 专利号ZL201110129360. 8名称为"可见光点衍射干涉仪中参考球面波偏差检测 装置与方法"的发明专利介绍了一种采用剪切干涉的方法进行微孔衍射波前偏差的测量技 术。它是采用两个完全一致的微孔衍射产生的两个近于理想的球面波进行剪切干涉，从而 获得单个微孔衍射产生的球面波前的偏差。其中两个微孔由光栅±1级光照明。会聚光束 经过光栅后，其±1级光将会引入彗差，小孔对彗差的滤除效果不是特别理想，光栅零级的 能量也会从两个小孔中泄露。另外，由于两个小孔之间的间距会给测量结果中引入彗差，探 测器的倾斜会给测量结果中引入像散，因此，需要对这两个系统误差进行标定。
[0005] 文章〈〈Extreme-ultravioletphase-shiftingpoint-diffraction interferometerawave-frontmetrologytoolwithsub-angstromreference-wave accuracy》（ApplOpt，1999, 38(35) :7252-7263)详细描述了上述系统误差的标定方法，前 者的标定比较容易，而后者则由于探测器的倾斜难以精确测量，标定难度较大。
[0006] 文章《点衍射干涉仪系统误差标定》（光学学报，2013, 33(7) :0712003)采用迈克 尔孙干涉仪结构，由分光棱镜和平面镜来实现两个微孔照明光束的独立控制，避免了光栅 弓丨入误差，但还是存在双孔间距引入彗差和探测器倾斜引入像散的问题，且后者较难去除。
[0007] 采用夏克-哈特曼波前传感器法进行有限远共辄距光学系统波像差测量时，准直 物镜和夏克-哈特曼波前传感器系统误差的高精度标定是实现高精度系统误差测量的关 键。通过微孔衍射产生高质量的球面波是实现准直物镜和夏克-哈特曼波前传感器系统误 差高精度标定的重要前提。
【发明内容】
[0008] 本实用新型的目的在于，提供一种新的微孔衍射波前质量的测量装置，使其采用 夏克-哈特曼波前传感器法进行微孔衍射波前质量的测量，通过高精度平面参考波前实现 夏克-哈特曼波前传感器的高精度标定，再根据高精度系统误差的标定结果进行微孔衍射 波前形状的精确测量，将微孔衍射波前形状与最佳参考球比较求得微孔衍射波前的偏差， 只需要在标定装置的基础上直接加入聚焦物镜和微孔便可实现微孔衍射波前质量的测量， 操作简便，与剪切干涉法测量相比，引入的系统误差较小并且容易实现系统误差的高精度 标定。
[0009] 本实用新型的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本实用 新型提出的一种微孔衍射波前质量的测量装置，用于测量微孔衍射波前的质量，所述装置 包括依次设置的高精度平面波生成器、聚焦物镜、微孔板、可变光阑和夏克-哈特曼波前 传感器，所述高精度平面波生成器产生的高精度平面参考波前经所述聚焦物镜后在所述聚 焦物镜的焦平面上得到一个微小的艾里斑，所述微孔板设置于所述聚焦物镜的焦平面，且 所述微孔板的微孔位于所述聚焦物镜的焦点处，所述艾里斑在经所述微孔衍射后产生一个 近于理想的球面波，所述球面波经所述可变光阑到达所述夏克-哈特曼波前传感器，被所 述夏克-哈特曼波前传感器中的微透镜阵列聚焦在探测器上形成光斑阵列，根据所述光斑 阵列（803)的位置信息通过图像处理能够获得所述微孔板衍射产生的所述球面波波前的 强度和相位信息。
[0010] 本实用新型的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
[0011] 前述的微孔衍射波前质量的测量装置，其中所述聚焦物镜是能够补偿所述微孔板 的厚度引入的球差的具备球差补偿功能的物镜。
[0012] 前述的微孔衍射波前质量的测量装置，其所述微孔板包括玻璃基底和金属涂覆 层，所述金属涂覆层覆盖于所述玻璃基底一侧的表面上，所述微孔形成于所述金属涂覆层 上，穿过所述金属涂覆层显露出所述玻璃基底，所述金属涂覆层的厚度应足以对所述微孔 之外的光波起到屏蔽作用，所述微孔的直径要足够小。
[0013] 前述的微孔衍射波前质量的测量装置，其中所述高精度平面波生成器和所述夏 克-哈特曼波前传感器组成系统误差的标定单元，当所述高精度平面波生成器产生的所述 高精度平面参考波前直接照射到所述夏克-哈特曼波前传感器时，被所述夏克-哈特曼波 前传感器中的微透镜阵列聚焦在探测器上形成参考光斑阵列，所述参考光斑阵列的位置信 息是作为微孔衍射波前质量测量的参考进行系统误差的标定。
[0014] 本实用新型与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方案，本 实用新型一种微孔衍射波前质量的测量装置至少具有下列优点及有益效果：本实用新型采 用夏克-哈特曼波前传感器法进行微孔衍射波前质量的测量，通过高精度平面参考波前 实现夏克-哈特曼波前传感器的高精度标定，再根据高精度系统误差的标定结果进行微孔 衍射波前形状的精确测量，将微孔衍射波前形状与最佳参考球比较求得微孔衍射波前的偏 差，只需要在标定装置的基础上直接加入聚焦物镜和微孔便可实现微孔衍射波前质量的测 量，操作简便，与剪切干涉法测量相比，引入的系统误差较小并且容易实现系统误差的高精 度标定。其中微孔板引入的球差可通过聚焦物镜进行补偿，从而可以消除波前偏差计算中 的误差。并且通过调整夏克-哈特曼波前传感器到微孔的距离便可实现不同数值孔径大小 的衍射波前质量的快速高精度的测量。
[0015] 上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技 术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其他目的、特征 和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
【附图说明】
[0016] 图1是进行夏克-哈特曼波前传感器高精度标定的原理示意图。
[0017] 图2A及图2B是夏克-哈特曼波前传感器高精度标定时形成的参考光斑阵列的示 意图。
[0018] 图3是本实用新型微孔衍射波前质量的测量装置的原理示意图。
[0019] 图4是本实用新型产生近于理想球面波的微孔板结构的示意图。
[0020] 图5A及图5B是本实用新型微孔衍射球面波经夏克-哈特曼波前传感器后所形成 的光斑阵列的示意图。
[0021] 图6是本实用新型微孔衍射波前偏差计算的原理示意图。
[0022] 10 :高精度平面波生成器 20 :高精度平面参考波前
[0023] 30 :聚焦物镜 50 :微孔板
[0024] 501:玻璃基底 502:金属涂覆层
[0025] 503:微孔 60 :微孔衍射球面波
[0026] 70 :可变光阑 80 :夏克-哈特曼波前传感器
[0027] 801:微透镜阵列 802:探测器
【具体实施方式】
[0028] 为更进一步阐述本实用新型为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以 下结合附图及较佳实施例，对依据本实用新型提出的一种微孔衍射波前质量的测量装置其
【具体实施方式】、结构、方法、步骤、特征及其功效，详细说明如后。
[0029] 请参阅图1、图2A及图2B所示，图1是进行夏克-哈特曼波前传感器高精度标定 的原理示意图，图2A及图2B是夏克-哈特曼波前传感器高精度标定时形成的参考光斑阵 列的示意图。高精度平面波生成器10和夏克-哈特曼波前传感器80组成系统误差的标定 单元，高精度平面波生成器10产生高精度平面参考波前20,当高精度平面参考波前20直 接照射到夏克-哈特曼波前传感器80时，被夏克-哈特曼波前传感器80中的微透镜阵列 801聚焦在探测器802上形成参考光斑阵列804,记录参考光斑阵列804的位置信息，其包 括：参考光斑阵列804中各光斑中心的位置坐标OcOj,yOj，其中j= 1，2，…，N，N为微透 镜阵列801中子透镜元的个数。
[0030] 由于高精度平面参考波20的精度要比微孔衍射波前的精度高。因此，以参考光斑 阵列804的位置信息作为微孔衍射波前质量测量的参考进行系统误差的标定，平面参考波 前引入的误差可以忽略不计，测量结果中只包含由夏克-哈特曼波前传感器80所引入的误 差，故很容易从测量结果中将该部分误差去除。
[0031] 在完成夏克-哈特曼波前传感器80的高精度标定后，便可进行微孔衍射波前质量 的测量。请参阅图3、图5A及图5B所示，图3是本实用新型微孔衍射波前质量的测量装置 的原理示意图，图5A及图5B是本实用新型微孔衍射球面波经夏克-哈特曼波前传感器后 所形成的光斑阵列的示意图。在高精度平面波生成器10与夏克-哈特曼波前传感器80之 间依次设置聚焦物镜30、微孔板50和可变光阑70,使微孔板50位于所述聚焦物镜30焦 平面，微孔板50的微孔503位于聚焦物镜30的焦点处，可变光阑70位于所述微孔板50与 夏克-哈特曼波前传感器80之间，且与微孔板50相距一定距离。高精度平面波生成器10 产生的高精度平面参考波前20经聚焦物镜30后在聚焦物镜30的焦平面上得到一个微小 的艾里斑40,艾里斑40经微孔板50的微孔503衍射后产生一个近于理想的球面波60,球 面波60经可变光阑70到达夏克-哈特曼波前传感器80,被夏克-哈特曼波前传感器80中 的微透镜阵列801聚焦在探测器802上形成光斑阵列803,根据光斑阵列80