一种横向剪切干涉仪及波像差检测方法

本发明涉及光学测量，特别是涉及一种横向剪切干涉仪及波像差检测方法。

背景技术：

1、横向剪切干涉仪是一种典型的干涉仪结构，使用光栅作为分光元件，具有结构简单、准共光路、不需要额外构造理想参考波等优点。利用横向剪切干涉仪进行光学测量时，只需均匀移相物面光栅或像面光栅，得到x、y两方向上的一系列剪切干涉图，运用最小二乘法等方式解算得到差分相位，即可重建波面。

2、传统的剪切干涉系统，如专利“光栅剪切干涉高精度波像差检测方法(202010934328.6)”涉及的，为了得到x、y两方向的波前信息，将物面光栅设计为两组方向各与x、y平行的一维ronchi光栅线。实验时，需先将其中一组光栅线移入光路，移相测量后需对另一组进行重复操作，复杂度较高，移相器需要在两个方向依次移相。专利“光刻机投影物镜多视场点波像差并行检测装置与检测方法(201510757427.0)”为了实现多视场点的并行测量，将多光栅进行组合，并在实例二中提出将物面光栅改为二维光栅，但仍需对每个视场点进行两个方向的重复移相测量。

3、基于以上讨论，针对横向剪切干涉仪，目前还未有只需一维移相即可高精度恢复光学系统待测波前的光路结构及对应的解算算法。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种横向剪切干涉仪及波像差检测方法，可降低操作复杂度，移相器只需一维移相即可高精度求解待测波前，且不需要额外添加元件，结构简单。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种横向剪切干涉仪，包括：依次设置的光学照明系统、物面光栅、像面光栅、光学探测元件和计算机处理系统；

4、所述物面光栅和所述像面光栅均为棋盘格光栅；待测光学系统设置在所述物面光栅和所述像面光栅之间。

5、可选地，光轴方向为z轴，依据右手法则将与z轴垂直的两个方向分别定为x轴、y轴；旋转前的棋盘格光栅的两条对角线方向分别与x轴、y轴平行；所述物面光栅和所述像面光栅为旋转前的棋盘格光栅顺时针旋转tan-1(1/2)后的光栅形貌。

6、可选地，所述物面光栅与像面光栅的周期之比与所述待测光学系统的放大倍率相同。

7、可选地，所述物面光栅与像面光栅的的占空比均为50％。

8、可选地，所述物面光栅与像面光栅的周期之比与所述待测光学系统的放大倍率相同。

9、本发明还提供一种基于横向剪切干涉仪的波像差检测方法，所述基于横向剪切干涉仪的波像差检测方法应用所述的横向剪切干涉仪，所述基于横向剪切干涉仪的波像差检测方法包括：

10、利用移相器移动物面光栅或者像面光栅，得到剪切干涉图；

11、根据所述剪切干涉图利用最小二乘法进行求解，得到参数；

12、对所述参数进行计算和解包裹操作，并利用差分zernike得到初始拟合系数；

13、根据所述初始拟合系数确定波像差的波前。

14、可选地，所述参数的表达式为：

15、

16、其中，φ1和φ2均为通过剪切干涉图求解的参数，p10、分别为(1，0)、(-1，0)、(0，1)、(0，-1)衍射级的掩膜，分别为(1，0)、(-1，0)、(0，1)、(0，-1)衍射级波前。

17、可选地，所述解包裹操作为枝切法解包。

18、可选地，对所述参数进行计算和解包裹操作，并利用差分zernike得到初始拟合系数，具体包括：

19、对所述参数进行计算，得到x、y方向剪切相位的初始解；

20、根据所述初始解进行解包并利用差分zernike方法重建解包后的波前，得到初始拟合系数。

21、可选地，根据所述初始拟合系数确定波像差的波前，具体包括：

22、利用差分zernike基函数对所述参数进行重构，得到重构参数；

23、根据所述初始拟合系数和所述重构参数进行优化，确定最终拟合系数；

24、根据所述最终拟合系数和差分zernike基函数确定波像差的波前。

25、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

26、本发明提供的横向剪切干涉仪，包括：依次设置的光学照明系统、物面光栅、像面光栅、光学探测元件和计算机处理系统；所述物面光栅和所述像面光栅均为棋盘格光栅；待测光学系统设置在所述物面光栅和所述像面光栅之间。在传统的横向剪切干涉仪结构基础上进行改善，除光栅形貌外，在不改变其现有结构且不需额外添加元件的情况下，使得移相器只需一维移相即可获得两方向维度的波前信息，降低了操作复杂度，对后续横向剪切干涉仪的结构改进具有重要意义。

技术特征：

1.一种横向剪切干涉仪，其特征在于，包括：依次设置的光学照明系统、物面光栅、像面光栅、光学探测元件和计算机处理系统；

2.根据权利要求1所述的横向剪切干涉仪，其特征在于，光轴方向为z轴，依据右手法则将与z轴垂直的两个方向分别定为x轴、y轴；旋转前的棋盘格光栅的两条对角线方向分别与x轴、y轴平行；所述物面光栅和所述像面光栅为旋转前的棋盘格光栅顺时针旋转tan-1(1/2)后的光栅形貌。

3.根据权利要求1所述的横向剪切干涉仪，其特征在于，所述物面光栅与像面光栅的周期之比与所述待测光学系统的放大倍率相同。

4.根据权利要求1所述的横向剪切干涉仪，其特征在于，所述物面光栅与像面光栅的的占空比均为50％。

5.根据权利要求1所述的横向剪切干涉仪，其特征在于，所述物面光栅与像面光栅的周期之比与所述待测光学系统的放大倍率相同。

6.一种基于横向剪切干涉仪的波像差检测方法，其特征在于，所述基于横向剪切干涉仪的波像差检测方法应用权利要求1-5任意一项所述的横向剪切干涉仪，所述基于横向剪切干涉仪的波像差检测方法包括：

7.根据权利要求6所述的基于横向剪切干涉仪的波像差检测方法，其特征在于，所述参数的表达式为：

8.根据权利要求6所述的基于横向剪切干涉仪的波像差检测方法，其特征在于，所述解包裹操作为枝切法解包。

9.根据权利要求6所述的基于横向剪切干涉仪的波像差检测方法，其特征在于，对所述参数进行计算和解包裹操作，并利用差分zernike得到初始拟合系数，具体包括：

10.根据权利要求6所述的基于横向剪切干涉仪的波像差检测方法，其特征在于，根据所述初始拟合系数确定波像差的波前，具体包括：

技术总结
本发明公开一种横向剪切干涉仪及波像差检测方法，涉及光学测量领域，横向剪切干涉仪包括依次设置的光学照明系统、物面光栅、像面光栅、光学探测元件和计算机处理系统；所述物面光栅和所述像面光栅均为棋盘格光栅；待测光学系统设置在所述物面光栅和所述像面光栅之间。本发明能降低操作复杂度，移相器只需一维移相即可高精度求解待测波前，且不需要额外添加元件，结构简单。

技术研发人员：白剑,刘慧文,石润州,李月佳
受保护的技术使用者：浙江大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15