专利名称：基于横向剪切干涉的扩束准直系统波面像差检测装置的制作方法
技术领域：
本发明属于光学检测技术领域，具体涉及基于横向剪切干涉的扩束准直系统波面像差检测装置。
背景技术：
激光器发出的光束虽然具有很好的方向性，但是仍然存在一定的发散角。现有通常采用扩束准直系统来改善其方向性，即将扩束准直系统设置于激光前进的光路上，利用其压缩激光器发出光束的发散角且扩大光束尺寸，此过程就称为激光光束的扩束准直。激光光束的扩束准直在光学精密测量方面及光学成像方面均具有广泛地应用。在光学成像方面，激光扩束准直是激光直写光刻技术中的重要技术，激光光束经过扩束准直系统后光波的像质将直接影响到激光直写的效果，即直接影响激光直写光刻的成像性能，为此，必须对扩束准直系统的波面像差进行检测、校正及控制，从而保证激光直写光刻的高质量的曝光成像。目前，在光学检测技术领域中，主要采用哈特曼法和五棱镜扫描法实现对扩束准直系统的波面像差检测。但上述两种方法都存在着不足，针对于哈特曼法一方面由于其采用较低波面采样能力的阵列孔径进行波面采样，因此影响了待测波面的检测精度；另一方面由于哈特曼板制作难度大，加工工艺限制了哈特曼板的尺寸，从而使其难以测量口径较大的光束。针对于五棱镜扫描法本质上是一种串行的哈特曼法，其通过五棱镜扫描整个待测光波波面实现对待测波面的检测；由于五棱镜面型误差及角度制造误差会对待测波面产生影响，进而影响待测波面的检测精度，为此对五棱镜的加工要求很高，导致加工难度大、 成本高。
发明内容
本发明的目的是提出基于横向剪切干涉的扩束准直系统波面像差检测装置，该检测装置可以消除±3级及±3的倍级衍射光的影响，使得所形成的干涉光波主要集中在± I 级衍射光中，从而提高了检测精度。为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下一种基于横向剪切干涉的扩束准直系统波面像差检测装置，包括一维位相光栅、 调节单元、光电探测单元、存储单元以及信号处理单元；其中，一维位相光栅和光电探测单兀依次设于扩束准直系统出射光束的光路上，且一维位相光栅位于扩束准直系统和光电探测单元之间；—维位相光栅用于实现对扩束准直系统出射光波的横向剪切；一维位相光栅的相邻透光部分设置不同的刻蚀深度使相邻透光部分的透过光波存在180°相位差；同时，两相邻透光部分之间的非透光部分的宽度为P/6，透光部分的宽度为p/3，P为一维位相光栅的周期；设定P彡16β，β为光电探测单元的像元尺寸；调节单元与一维位相光栅相连，用于实现对一维位相光栅的旋转以及位置的调节;光电探测单元与存储单元相连，用于采集一维位相光栅产生的剪切干涉图并传输给存储单元；存储单元与信号处理单元相连，用于存储光电探测单元传输过来的剪切干涉图， 以及用于存储信号处理单元传输过来的扩束准直系统的波面像差；信号处理单元用于根据存储单元存储的剪切干涉图计算扩束准直系统的波面像、、位移所对应的X方向剪切干涉图；调节单元控制一维位相光栅的旋转，使其光栅线条与X轴平行；调节单元进一步控制一维位相光栅使其沿I轴方向移动，光电探测单元依次采集 O、BED Equation. DSMT4 | π /2、BED Equation. DSMT4 | π、DSMT4 | 3 π /2 相移所对应的I方向剪切干涉图；信号处理单元根据X方向剪切干涉图和I方向剪切干涉图获取扩束准直系统的波面像差并传输给存储装置进行存储。本发明对于检测波面像差较小的扩束准直系统时，利用调节单元控制一维位相光栅使其沿ζ轴向靠近光电探测单元方向移动，用于提高所述检测装置的灵敏度；对于检测波面像差较大的扩束准直系统时，利用调节单元控制一维位相光栅使其沿ζ轴向远离光电探测单元方向移动，用于增大所述检测装置的动态检测范围。本发明所述存储单元与光电探测单元以及信号处理单元之间采用红外或蓝牙方式进行通信。本发明所述信号处理单元根据剪切干涉图进一步获取扩束准直系统的波面曲率半径以及光波发散角，并传输给存储单元进行存储。有益效果本发明采用在一维位相光栅的相邻透光部分设置不同的刻蚀深度使相邻透光部分的透过光波存在180°相位差；同时，两相邻透光部分之间的非透光部分的宽度为/6，透光部分的宽度为/3，为一维位相光栅的周期，使得一维位相光栅对扩束准直系统出射的光波进行横向剪切后，消除BED Equation. DSMT4 I ±3}的倍级衍射光的影响，所形成的干涉波光的能量主要集中在.DSMT4| ±1级衍射光波中，消除了其他倍数级衍射光波对波面像差检测的影响，从而提闻了检测精度。其次，本发明利用调节单元调节错误！未定义书签。位相光栅和光电探测单元的间距，当检测波面像差较小的扩束准直系统时，增大上述间距，以实现高检测灵敏度；当检测波面像差较大的扩束准直系统时，减小上述间距，以实现较大的动态检测范围。因此本检测装置使用灵活，可适应于不同的扩束准直系统。再次，相对于现有的扩束准直系统的波面像差检测技术，本检测装置采用一维位相光栅对光波进行剪切，并利用各相移在X方向剪切干涉图和y方向剪切干涉图计算获取波面像差，结构简单且生成成本低。图I为本发明检测装置的结构示意图。图2为本发明一维位相光栅的结构示意图。图3为本发明水平方向剪切波面示意图。图4为本发明竖直方向剪切波面示意图。101-激光光源、102-扩束准直系统、201-—维位相光栅、202-调节单元、203-光电探测单元、204-存储单元、205-信号处理单元。下面结合附图
和具体实施方式
对本发明作进一步详细说明。首先设定扩束准直系统出射光束的传播方向设为z轴，并以z轴建立左手坐标系， 则水平方向为X轴，竖直方向I轴。本发明一种基于横向剪切干涉的扩束准直系统波面像差检测装置，如图I所示，包括一维位相光栅201、调节单元202、光电探测单元203、存储单元204以及信号处理单元205 ;其中，一维位相光栅201和光电探测单元203依次设于扩束准直系统出射光束的光路上，且一维位相光栅201位于扩束准直系统和光电探测单兀203 之间。一维位相光栅201用于实现对扩束准直系统出射光波的横向剪切；一维位相光栅 201的相邻透光部分设置不同的刻蚀深度使相邻透光部分的透过光波存在180°相位差； 同时，两相邻透光部分之间的非透光部分的宽度为/6，透光部分的宽度为/3，为一维位相光栅的周期；且为了保证光电探测单元对剪切干涉图的采样，设定，β为光电探测单元203 的像元尺寸。如图2所示，黑色条纹表示非透光错误！未定义书签。，白色条纹和灰色条纹表示透光部分；其中通过白色透光部分光线的相位为0°，通过灰色透光部分光线的相位为 180。。结合附图2对本发明所采用的一维位相光栅理论分析如下错误！未定义书签。方向一维位相光栅的周期为on. DSMT4 I P,透光部分的宽度为， 假设，其中，为设定常数。则X方向一维位相光栅的复振幅透射系数EMBED Equation. DSMT4 | f (x)}可以表示为公式⑴(I错误！未定义书签。
其中，
权利要求
1.一种基于横向剪切干涉的扩束准直系统波面像差检测装置，其特征在于，包括一维位相光栅、调节单元、光电探测单元、存储单元以及信号处理单元；其中，一维位相光栅和光电探测单元依次设于扩束准直系统出射光束的光路上，且一维位相光栅位于扩束准直系统和光电探测单元之间；一维位相光栅用于实现对扩束准直系统出射光波的横向剪切；一维位相光栅的相邻透光部分设置不同的刻蚀深度使相邻透光部分的透过光波存在180°相位差；同时，两相邻透光部分之间的非透光部分的宽度为P/6，透光部分的宽度为p/3，P为一维位相光栅的周期；设定P彡16β，β为光电探测单元的像元尺寸；调节单元与一维位相光栅相连，用于实现对一维位相光栅的旋转以及位置的调节；光电探测单元与存储单元相连，用于采集一维位相光栅产生的剪切干涉图并传输给存储单元；存储单元与信号处理单元相连，用于存储光电探测单元传输过来的剪切干涉图，以及用于存储信号处理单元传输过来的扩束准直系统的波面像差；信号处理单元用于根据存储单元存储的剪切干涉图计算扩束准直系统的波面像差；当对扩束准直系统的波面像差进行检测时，设定扩束准直系统出射光束的传播方向为Z轴，并以Z轴建立左手坐标系，则水平方向为X轴，竖直方向y轴；调节单元控制一维位相光栅的旋转，使其光栅线条与I轴平行；调节单元进一步控制一维位相光栅使其沿X 轴方向移动，光电探测单元依次采集O、JI/2、、3 JI/2位移所对应的X方向剪切干涉图 ρ(；Χ,2ΧΑφ ;调节单元控制一维位相光栅的旋转，使其光栅线条与X轴平行；调节单元进一步控制一维位相光栅使其沿y轴方向移动，光电探测单元依次采集O、π/2、π、3π/2 相移所对应的y方向剪切干涉图;信号处理单元根据X方向剪切干涉图和I 方向剪切干涉图像获取扩束准直系统的波面像差并传输给存储装置进行存储。
2.根据权利要求I所述的波面像差检测装置，其特征在于，对于检测波面像差较小的扩束准直系统时，利用调节单元控制一维位相光栅使其沿z轴向靠近光电探测单元方向移动，用于提高所述检测装置的灵敏度；对于检测波面像差较大的扩束准直系统时，利用调节单元控制一维位相光栅使其沿z轴向远离光电探测单元方向移动，用于增大所述检测装置的动态检测范围。
3.根据权利要求I所述的波面像差检测装置，其特征在于，所述存储单元与光电探测单元以及信号处理单元之间采用红外或蓝牙方式进行通信。
4.根据权利要求I所述的波面像差检测装置，其特征在于，所述信号处理单元根据剪切干涉图进一步获取扩束准直系统的波面曲率半径以及光波发散角，并传输给存储单元进行存储。
全文摘要
本发明提供一种基于横向剪切干涉的扩束准直系统波面像差检测装置，包括一维位相光栅、调节单元、光电探测单元、存储单元以及信号处理单元；其中，一维位相光栅和光电探测单元依次设于扩束准直系统出射光束的光路上，且一维位相光栅位于扩束准直系统和光电探测单元之间；一维位相光栅上两相邻透光部分之间的非透光部分的宽度为p/6，透光部分的宽度为p/3，p为一维位相光栅的周期；设定p≥16β，β为光电探测单元的像元尺寸。本发明检测装置可消除±3级及±3的倍级衍射光的影响，所形成的干涉波光的能量主要集中在±1级衍射光波中，消除了其他倍数级衍射光波对波面像差检测的影响，从而提高了检测精度。
文档编号G01J9/02GK102607719SQ20111017439
公开日2012年7月25日 申请日期2011年6月24日 优先权日2011年6月24日
发明者刘克, 李艳秋, 汪海 申请人:北京理工大学