检测表面形状的点衍射干涉仪制造技术

一种检测表面形状的点衍射干涉仪，包括光学部分和数据采集、处理和控制部分。光学部分包含激光器，沿激光束前进方向的光轴上，依次设有会聚透镜，镀有超分辨掩膜的固体浸润透镜，在光轴的上方放置待测器件，下方设有成像透镜；数据采集、处理和控制部分包含ＣＣＤ摄像机，计算机和位移控制器。本发明专利技术的关键是通过采用固体浸润透镜和超分辨掩膜的技术，获得了一个更小的小孔作为点衍射干涉仪的理想球面波的光源，该小孔不仅位置和大小均可调，而且光透过率高，对入射光束的质量要求较低，因而本发明专利技术是一种测量精度高、易于装配和调整的检测器件表面形状的装置。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术与光学表面检测有关是一种高精度地检测器件表面形状的装置。特别是一种采用固体浸润透镜和超分辨掩膜的点衍射干涉仪。
技术介绍
检测光学表面(如球面)质量的传统方法是使用斐索干涉仪或泰曼-格林干涉仪。这些方法需要一个实际的参考表面，也就是说传统方法评价一个待测器件的表面形状的质量是将其与一个实际的视为理想的参考表面进行比较。对于大的光学器件，如天文望远镜的反射镜，其直径可达1米以上，要制造出这么大的参考表面几乎是不可能的。而且传统方法的测量精度不可能超过该参考表面的精度，对于要求具有高精度的透镜，如光刻机用的透镜，精度要求达几百分之一波长，要制造出这么高精度的理想参考表面，也是不可能的。点衍射干涉仪则提供了一种可行的解决办法(参见Interferometricapparatus and methods for measuring surface topography of a test surface，Gemma，et al.United States Patent6，344，898)。点光源衍射的球面波前提供了检测过程中使用的参考表面，从而避免使用实际参考表面。这种方法的关键是要制造出足够小的小孔，以使通过小孔的光可以视为理想球面波，并且要求小孔具有较高的光透过率，以便得到一定强度的球面波。在先技术中，采用蚀刻等方法制作小孔，这种方法很难做出理想的小孔，因而其衍射的光波也就不再是理想的球面波。这样将会严重影响测量结果的准确性，而且照射光斑不够小，小孔光透过率较低，同样影响检测精度。同时要使光斑入射到具有波长量级的小孔上也存在很大困难，这增加了仪器装配的难度，可重复性差，检测成本高。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于克服上述在先技术的缺陷，提供一种检测表面形状的点衍射干涉仪，该干涉仪具有测量精度高、易于装配和调整的优点。本专利技术解决技术问题的基本构思是采用固体浸润透镜和超分辨掩膜可以产生一种更小的小孔作为点衍射干涉仪的理想的球面波光源。本专利技术具体的技术解决方案如下一种检测表面形状的点衍射干涉仪，包括光学部分和数据采集、处理和控制部分，其特征在于所述的光学部分包含激光器，沿激光束前进方向的光轴上，依次设有会聚透镜、镀有超分辨掩膜的固体浸润透镜、在光轴的上方放置待测器件、下方设有成像透镜；数据采集、处理和控制部分包含CCD摄像机、计算机和位移控制器；其位置关系如下该固体浸润透镜固定在该位移控制装置上，计算机连接并控制CCD摄像机和位移控制器的工作，激光器发出的激光束经会聚透镜后，其焦点落在固体浸润透镜一侧的超分辨掩膜中间，形成小孔并经过该小孔照射待测器件，该待测器件的表面TS反射的测量光束聚焦到该超分辨掩膜的表面，经该超分辨掩膜的反射后，该测量光束和从小孔发出的参考光束一起经成像透镜进入CCD摄像机。所述的固体浸润透镜是由高折射率玻璃制成的，所述的超分辨掩膜是锑膜。所述的位移控制装置是高精度电机，接受计算机的指令而运动。所述的小孔和待测器件之间还设置有补偿器。所述的补偿器可以为球面透射光学器件、球面反射光学器件、非球面透射光学器件或非球面反射光学器件。所述的激光器和会聚透镜之间还设有分束器、可移动反射镜和固定反射镜，激光器发射出的激光束首先被分束器分为测量光束和参考光束，该测量光束被分束器反射后遇到固定反射镜的反射后再被分束器反射到反射镜；而参考光束通过分束器到达可移动反射镜，通过可移动反射镜)的反射后再次通过分束器入射到反射镜。该反射镜将上述入射的参考光束和测量光束反射到会聚透镜。本专利技术的具体技术效果是本专利技术的点衍射干涉仪采用固体浸润透镜和超分辨掩膜相结合的技术，固体浸润透镜对光束具有很好的聚焦作用，数值孔径大，聚焦光斑小。当衍射极限的光斑照射到超分辨掩膜时，由于掩膜的非线性效应将在光斑照射处产生一个临时的小于入射光斑的小孔(或散射中心)，并且产生的小孔大小和入射光斑强度有关。将固体浸润透镜与超分辨掩膜相结合，即在固体浸润透镜上镀上一层超分辨掩膜可产生一种更小的小孔。固体浸润透镜具有一定的视场，对一定角度范围的光束都能很好的聚焦，对于入射光束的要求将比较低，并且产生的光斑位置可以通过入射光束调节，使仪器装配较为简单。所产生的小孔还具有位置可调、大小可调、光透过率高等优点。因而可以克服在先技术的不足，提供了一种测量精度高、易于装配和调整的检测器件表面形状的装置。附图说明图1是本专利技术检测表面形状的点衍射干涉仪示意图。图2是镀有超分辨掩膜的固体浸润透镜示意图。图3是检测非球面表面形状的点衍射干涉仪示意图。图4是可调光程差的检测表面形状的点衍射干涉仪示意图具体实施例方式下面结合附图对本专利技术作进一步的说明。先请参阅图1，由图可见，本专利技术检测表面形状的点衍射干涉仪，包括光学部分和数据采集、处理和控制部分。光学部分包含激光器1、沿着激光器1发射光束前进方向，在光轴oo上，依次有会聚透镜2，镀有超分辨掩膜的固体浸润透镜3，光轴oo上方，有待测器件4，下方有成像透镜6；数据采集、处理和控制部分包含CCD摄像机5、计算机7和位移控制装置8。本专利技术点衍射干涉仪的结构如图1所示。所述的光学部分有激光器1，沿着激光器1发射光束前进的方向光轴oo上，有会聚透镜2，有镀有超分辨掩膜的固体浸润透镜3，会聚透镜2的方位应使其焦点落在固体浸润透镜3a一侧的超分辨掩膜3b中间，以便形成小孔3c。经过小孔3c出射的球面波前进方向上，在光轴oo的上方，放有待测器件4，该待测器件4的方位应使被其表面TS反射的测量光束聚焦到超分辨掩膜3b的表面，经超分辨掩膜3b表面的反射，测量光束和从小孔3c发出的参考光一起，经光轴oo下方成像透镜6进入CCD摄像机5。成像透镜6的像的方位应使其物面落在待测器件4的表面TS上。所述的数据采集、处理和控制部分包含CCD摄像机5，计算机7和位移控制装置8。计算机7连接到CCD摄像机5和控制固体浸润透镜3位置的位移控制装置8上，固体浸润透镜3固定在位移控制装置8的上面。所述的激光器1，可以是单波长或多波长激光器。当激光器1是多波长激光器时，需要加入滤波器，每次输出一个波长，进行一次检测，如果需要，再用另一个波长检测，将得到的两个干涉条纹比较，就可以得到被测器件的表面形状更多的信息。所述的会聚透镜2具有大的数值孔径。所述的镀有超分辨掩膜的固体浸润透镜3(见图2)，是由固体浸润透镜3a和超分辨掩膜3b组成的。固体浸润透镜由高折射率的玻璃制成。超分辨掩膜3b采用锑掩膜，利用锑的晶态与非晶态之间转变导致的激光透过率发生突变而实现小孔3c。其表面镀有反射作用的保护膜。超分辨掩膜3b，也可以是其他具有进一步减小光斑尺寸的非线性膜层。当光束经固体浸润透镜3a聚焦于超分辨掩膜3b中，会形成比没有膜层产生的光斑更小的“小孔”3c。所述的透镜6具有尽可能大的矫正失真和像差的能力。所述的位移控制装置8可以是高精度电机。本专利技术具有如上所述的结构，从激光器1发出的光束经透镜2汇聚到固体浸润透镜3a，再经固体浸润透镜3a到达其后面的超分辨掩膜3b。光束能量呈高斯分布，光斑的中央区域的超分辨掩膜3b温度高于其熔点使其从晶态到熔化态转变，由于熔化态的超分辨掩膜3b对入射光透过率高于其晶态的透过率，这样在入射光斑照射处会形成一个小于原光本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种检测表面形状的点衍射干涉仪，包括光学部分和数据采集、处理和控制部分，其特征在于：所述的光学部分包含激光器（１），沿激光束前进方向的光轴上，依次设有会聚透镜（２），镀有超分辨掩膜（３ｂ）的固体浸润透镜（３），在光轴的上方放置待测器件（ ４），下方设有成像透镜（６）；所述的数据采集、处理和控制部分包含ＣＣＤ摄像机（５）、计算机（７）和位移控制器（８）；上述各元器件的位置关系如下：该固体浸润透镜（３）固定在该位移控制装置（８）上，计算机（７）连接并控制ＣＣＤ摄像机（５ ）和位移控制器（８）的工作，激光器（１）发出的激光束经会聚透镜（２）后，其焦点落在固体浸润透镜（３）一侧的超分辨掩膜（３ｂ）中间，形成小孔并经过该小孔（３ｃ）照射待测器件（４），该待测器件（４）的表面ＴＳ反射的测量光束聚焦到该超分辨掩膜（３ｂ）的表面，经该超分辨掩膜（３ｂ）的反射后，该测量光束和从小孔（３ｃ）发出的参考光束一起经成像透镜（６）进入ＣＣＤ摄像机（５）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐文东，周飞，王阳，张锋，魏劲松，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]