一种基于图像信息的点衍射干涉仪光路精确校准系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于图像信息的点衍射干涉仪光路精确校准系统及方法，包括分光棱镜、扩束准直系统、衍射孔板、波前传感器、透镜、光功率计、三维精密电控平移台及其驱动器、CCD1和计算机，利用瑞利索末菲衍射理论分析得到对准误差与衍射波前偏差间的数学关系；根据需求设计精确光路校准系统，采集得到光斑小孔对准图像与衍射孔板前后光强；然后通过图像处理算法分析并测量对准偏差信息，建立测量量‑控制量间数学模型；最后依据系统实现原理实现精确校准。本发明专利技术实现了可视化环境下衍射孔‑光斑的精确对准，在一定程度上消除了对准偏差对点衍射干涉仪检测精度的影响，具有对准精度与效率高等特点，同时降低了实验操作中激光对操作人员视力的损伤。

【技术实现步骤摘要】
一种基于图像信息的点衍射干涉仪光路精确校准系统及方法
本专利技术属于激光干涉精密测量
，具体涉及一种基于图像信息的点衍射干涉仪光路精确校准系统及方法。
技术介绍
随着科学技术的发展，高精度光学元件及光学系统广泛应用于精密光刻技术(EUVL)、航空航天、军事武器、高端民用设备等领域，其制造精度影响着仪器性能。干涉测量法是一种重要的光学元件面形检测方法，通常应用于加工后期的精抛光阶段。当前主流的干涉仪有菲索型及泰曼-格林型干涉仪，其检测精度RMS约为λ/60～λ/100(λ＝632.8nm),PV＜λ/20的水平。受限于干涉仪配备的标准球面镜头精度，此类干涉仪无法满足纳米甚至亚纳米级检测精度的需求。点衍射干涉技术是近年来行业发展的一类新的检测方法，该技术利用小孔衍射原理，产生近似理想的衍射球面波前来对待测光学元件进行相对检测，波前理论精度可达PV＜λ/104。点衍射技术可分为光纤点衍射(FPDI)与针孔点衍射(PPDI)，由于衍射数值孔径通常小于0.2，光纤点衍射技术难以胜任大口径光学元件的检测，故针孔点衍射的应用更加广泛。针孔点衍射干涉检测技术具有检测精度高、数值孔径大等优势，但本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于图像信息的点衍射干涉仪光路精确校准系统，其特征在于，包括分光棱镜BS1、BS2、BS3、扩束准直系统、衍射孔板、波前传感器、透镜L1、L2和L3、光功率计PM1、PM2、三维精密电控平移台及其驱动器、CCD1和计算机，扩束准直系统包括第一扩束准直镜和第二扩束准直镜，激光器发出的光束经分光棱镜BS1后分两路，一路依次经可调衰减片、第一扩束准直镜、成像镜头和CCD1连接，CCD1与计算机连接；第二路光束经分光棱镜BS2后分两路，一路经光功率计PM2与计算机连接，另一路依次经第二扩束准直镜、显微物镜、衍射孔板、透镜L1和分光棱镜BS3连接，分光棱镜BS3分两路，一路经透镜L2和波前传感器...

【技术特征摘要】
1.一种基于图像信息的点衍射干涉仪光路精确校准系统，其特征在于，包括分光棱镜BS1、BS2、BS3、扩束准直系统、衍射孔板、波前传感器、透镜L1、L2和L3、光功率计PM1、PM2、三维精密电控平移台及其驱动器、CCD1和计算机，扩束准直系统包括第一扩束准直镜和第二扩束准直镜，激光器发出的光束经分光棱镜BS1后分两路，一路依次经可调衰减片、第一扩束准直镜、成像镜头和CCD1连接，CCD1与计算机连接；第二路光束经分光棱镜BS2后分两路，一路经光功率计PM2与计算机连接，另一路依次经第二扩束准直镜、显微物镜、衍射孔板、透镜L1和分光棱镜BS3连接，分光棱镜BS3分两路，一路经透镜L2和波前传感器后与计算机连接，另一路依次经透镜L3和光功率计PM1后与计算机连接；衍射孔板设置在三维精密电控平移台上，计算机通过三维精密电控平移台驱动器与三维精密电控平移台连接；校准系统以对准图像中光斑-衍射孔偏差信息以及衍射孔板出射入射光强为测量依据，结合测量量-控制量间数学模型实现光路的精确校准。2.根据权利要求1所述的基于图像信息的点衍射干涉仪光路精确校准系统，其特征在于，激光器发出的光束经第二扩束准直镜及显微物镜后聚焦至衍射孔板上，由衍射孔板表面反射回的光束，一部分返回至分光棱镜BS2，被分光棱镜BS2反射至光功率计PM2的传感器上，用于记录经反射后的入射光强度并发送至计算机；另一部分穿过BS2再次被BS1反射，并经第一扩束准直镜及成像镜头后在CCD1上形成光斑对准图像。3.根据权利要求1或2所述的基于图像信息的点衍射干涉仪光路精确校准系统，其特征在于，在衍射孔板出射端，透镜L1将衍射波前转换为平行光束入射至分光棱镜BS3，衍射光被分光棱镜BS3分为两部分，一部分被透镜L2汇聚至波前传感器，用于监测衍射波前的质量并发送至计算机；另一部分被分光棱镜BS2反射并经过透镜L3将部分衍射光汇聚至光功率计PM1的传感器处，用于记录其衍射光光强并发送至计算机；计算机通过分析采集到的对准图像信息与衍射光强计算得到相应的偏移量。4.一种基于图像信息的点衍射干涉仪光路精确校准方法，其特征在于，利用瑞利索末菲衍射理论分析得到对准误差与衍射波前偏差间的数学关系；利用权利要求1或2或3所述基于图像信息的点衍射干涉仪光路精确校准系统，采集光斑小孔对准图像与衍射孔板前后光强；然后通过对准图像处理算法分析并测量对准偏差信息，建立测量量-控制量间数学模型；最后依据系统实现原理实现精确校准。5.根据权利要求4所述的基于图像信息的点衍射干涉仪光路精确校准方法，其特征在于，利用瑞利索末菲衍射理论分析得到对准误差与衍射波前偏差间的数学关系具体为：采用球面坐标形式的衍射公式计算如下：式中，λ为激光波长、r为衍射球面半径、u为衍射孔半径、w1为汇聚光斑半径、θ为衍射半角、k为波数，k＝2π/λ，Jn(*)为贝塞尔函数，n为其阶数；衍射场中某点P(x,y,z)处的衍射场矢量强度分布为：E(x,y,z)＝Ex(x,y,z)i+Ey(x,y,z)j+Ez(x,y,z)k式中，i,j,k为单位方向矢量，Ex,Ey,...

【专利技术属性】
技术研发人员：李兵，赵卓，康晓清，陈磊，魏翔，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61