本发明专利技术公开了一种基于全固态随机相位环形光源的低噪声斐索干涉测试装置及方法，主要包括激光器、显微物镜、针孔滤波器、准直镜组、轴锥镜、聚焦镜组、分束器、空间光调制器、对准相机等构成的全固态随机相位环形光源模块，以及斐索干涉测试模块。本发明专利技术的装置及方法，能够通过全固态随机相位环形光源模块，降低斐索干涉测试中光学元件表面缺陷和灰尘颗粒等产生的相干噪声的影响，提高干涉仪的中频传递能力，实现对平面光学元件面形的低噪声、高精度测量，并可适配球面测量；同时具有点光源工作模式，可适配球面、非球面、自由曲面测量和瞬态测量；装置还避免了机械运动组件的使用，提高了可靠性和稳定性。了可靠性和稳定性。了可靠性和稳定性。
【技术实现步骤摘要】
一种基于全固态随机相位环形光源的低噪声斐索干涉测试装置及方法
[0001]本专利技术属于光学精密检测
，尤其是涉及一种基于全固态随机相位环形光源的低噪声斐索干涉测试装置及方法。
技术介绍
[0002]干涉检测技术，作为当今精度最高、应用最广的光学面形检测技术，其检测精度限制了光学加工的最高精度，是现代光学工业的基石。为了提高干涉图像的亮度和对比度，现代干涉仪通常使用激光作为光源。然而，激光的相干性会使其在光学元件的表面缺陷和灰尘处发生衍射和散射，并导致参考和检测光束与各种杂散光发生相干叠加，产生大量的圆环和条纹状的相干噪声，降低了图像质量，降低了系统的传递函数。在面向超大功率激光系统、极紫外光刻系统等极端检测任务的大口径干涉仪中，相干噪声则更是与所需的中频信息混叠在一起，严重制约了检测精度。
[0003]现有的低相干光源和扩展光源可以在一些系统中实现较好的相干噪声抑制效果，但由于时间相干性或空间相干性的降低，在干涉检测常用的长腔长斐索干涉仪中，会导致干涉条纹对比度几乎降低为零而无法使用。在干涉仪成像部分放置旋转毛玻璃的方法，对相干噪声的抑制能力有限，并且会引起干涉条纹的模糊，降低系统的传递函数。
[0004]旋转透镜、光栅、楔形平板等虚环形光源被证明可以有效抑制干涉仪中的相干噪声，但装调难度大、稳定性差。实环形光源则被认为是一种简单有效的相干噪声抑制方法，已经被ZYGO等公司使用，但仍然依赖于旋转毛玻璃等机械运动元件的使用。并且上述运动元件的引入，都会不可避免地引入额外的误差，降低系统的可靠性和稳定性。而对于无机械运动元件的斐索干涉仪相干噪声抑制方法，以及相应的全固态低相干噪声斐索干涉测试装置，国内外则鲜有报道。
技术实现思路
[0005]本专利技术提供了一种基于全固态随机相位环形光源的低噪声斐索干涉测试装置及方法，用于进行平面光学元件面形的低噪声测量，同时还提供点光源工作模式，适配球面、非球面、自由曲面测量和瞬态测量。
[0006]一种基于全固态随机相位环形光源的低噪声斐索干涉测试装置，包括全固态随机相位环形光源模块和斐索干涉测试模块；
[0007]所述的全固态随机相位环形光源模块包括：激光器、显微物镜、针孔滤波器、第一准直镜组、轴锥镜、导轨、聚焦镜组、第一分束器、空间光调制器、中性密度滤光片和对准相机；激光从激光器出射，通过显微物镜聚焦到针孔滤波器上完成空间滤波；滤波后形成的点光源通过第一准直镜组准直为平行光，通过轴锥镜生成贝塞尔光束；光束通过聚焦镜组和第一分束器后，透射光束在空间光调制器上聚焦成为环形光源，反射光束经过中性密度滤光片进行光强衰减，聚焦到对准相机上以辅助装调；轴锥镜安装于导轨上，通过导轨移出或
移入光路，以实现点光源模式和环形光源模式的切换；
[0008]所述的斐索干涉测试模块包括：第二分束器、第二准直镜组、标准透射平晶、被测平面、成像镜组和成像相机；全固态随机相位环形光源模块提供的随机相位环形光源从空间光调制器出射，由第一分束器反射进入斐索干涉测试模块，透射经过第二分束器后，由第二准直镜组准直成为平行光，照射到标准透射平晶和被测平面上并分别发生反射；两束反射光相干叠加，形成干涉条纹，经第二分束器反射折转至成像光路，由成像镜组将干涉条纹成像到成像相机上。
[0009]进一步地，所述的激光器为可调谐半导体激光器。
[0010]进一步地，所述的显微物镜和第一准直镜组共焦，所述的针孔滤波器位于显微物镜和第一准直镜组共同的焦平面上。
[0011]进一步地，所述的空间光调制器位于聚焦镜组的焦平面上，为反射式、纯相位型或振幅兼相位型，像元尺寸不大于20微米。
[0012]进一步地，所述的对准相机位于聚焦镜组的另一焦平面上，与空间光调制器关于第一分束器的分束表面对称。所述的成像相机与被测平面共轭。
[0013]本专利技术中，除导轨以外的所有元件等高共轴，该轴线定义为装置光轴，导轨与装置光轴垂直。
[0014]本专利技术的装置具有环形光源和点光源两种工作模式。所述的轴锥镜安装于导轨上，通过导轨移出或移入光路，以实现两种模式的切换：移出光路时为点光源模式，移入光路时为环形光源模式。
[0015]本专利技术还提供了一种基于全固态随机相位环形光源的低噪声斐索干涉测试方法，使用上述低噪声斐索干涉测试装置，包括以下步骤：
[0016](1)安装和调整低噪声斐索干涉测试装置，使全固态随机相位环形光源模块和斐索干涉测试模块分别对准，并且正确配合；
[0017](2)在空间光调制器上重复加载若干组相位分布，设置成像相机的曝光时间，使成像相机的曝光时间与相位的重复周期相匹配；
[0018](3)装置调整完成之后进行干涉图的采集：调整激光器的波长进行移相，使用成像相机依次采集相位差为0、π/2、π、3π/2的移相干涉图；
[0019](4)对干涉图进行相位解调、解包裹和环形光源倾斜因子校正，最终得到低噪声的被测平面面形测量结果。
[0020]步骤(1)中，进行全固态随机相位环形光源模块的调整时，对准相机上所有的光斑应该在视场中心重合，并且具有最小的光斑宽度。
[0021]步骤(2)中，空间光调制器所加载的相位因工作模式而异，具体如下：
[0022]在环形光源模式下，空间光调制器以帧率1/T重复加载N组随机相位，N>100，并设置成像相机曝光时间为NT，以实现充分的相干噪声抑制
‘’
[0023]在点光源模式下，空间光调制器加载均匀相位，对成像相机的曝光时间不做约束。
[0024]步骤(3)中，激光器的波长调谐步长与斐索干涉测试模块的等效干涉腔长d有关，移相步长为π/2时，激光器的调谐步长Δλ为：
[0025][0026]其中，λ为激光器中心波长。
[0027]步骤(4)中，根据环形光源半径r和干涉仪准直透镜焦距f，对原始面形W进行倾斜因子校正，公式如下：
[0028][0029]式中，(x,y)为空间坐标。
[0030]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0031]本专利技术的装置及方法，能够通过全固态随机相位环形光源模块，降低斐索干涉测试中光学元件表面缺陷和灰尘颗粒等产生的相干噪声的影响，提高干涉仪的中频传递能力，实现对平面光学元件面形的低噪声、高精度测量，并可适配球面测量；同时具有点光源工作模式，可适配球面、非球面、自由曲面测量和瞬态测量。装置还避免了机械运动组件的使用，提高了可靠性和稳定性。
附图说明
[0032]图1为本专利技术一种基于全固态随机相位环形光源的低噪声斐索干涉测试装置示意图。
具体实施方式
[0033]下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本专利技术的理解，而对其不起任何限定作用。
[0034]如图1所示，一种基于全固态随机相位环形光源的低噪声斐索干涉测试装置，包括全固态随机相位环形光源模块和斐索干涉测试模块。
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于全固态随机相位环形光源的低噪声斐索干涉测试装置，其特征在于，包括全固态随机相位环形光源模块和斐索干涉测试模块；所述的全固态随机相位环形光源模块包括：激光器、显微物镜、针孔滤波器、第一准直镜组、轴锥镜、导轨、聚焦镜组、第一分束器、空间光调制器、中性密度滤光片和对准相机；激光从激光器出射，通过显微物镜聚焦到针孔滤波器上完成空间滤波；滤波后形成的点光源通过第一准直镜组准直为平行光，通过轴锥镜生成贝塞尔光束；光束通过聚焦镜组和第一分束器后，透射光束在空间光调制器上聚焦成为环形光源，反射光束经过中性密度滤光片进行光强衰减，聚焦到对准相机上以辅助装调；轴锥镜安装于导轨上，通过导轨移出或移入光路，以实现点光源模式和环形光源模式的切换；所述的斐索干涉测试模块包括：第二分束器、第二准直镜组、标准透射平晶、被测平面、成像镜组和成像相机；全固态随机相位环形光源模块提供的随机相位环形光源从空间光调制器出射，由第一分束器反射进入斐索干涉测试模块，透射经过第二分束器后，由第二准直镜组准直成为平行光，照射到标准透射平晶和被测平面上并分别发生反射；两束反射光相干叠加，形成干涉条纹，经第二分束器反射折转至成像光路，由成像镜组将干涉条纹成像到成像相机上。2.根据权利要求1所述的基于全固态随机相位环形光源的低噪声斐索干涉测试装置，其特征在于，所述的显微物镜和第一准直镜组共焦，所述的针孔滤波器位于显微物镜和第一准直镜组共同的焦平面上。3.根据权利要求1所述的基于全固态随机相位环形光源的低噪声斐索干涉测试装置，其特征在于，所述的空间光调制器位于聚焦镜组的焦平面上，为反射式、纯相位型或振幅兼相位型，像元尺寸不大于20微米。4.根据权利要求1所述的基于全固态随机相位环形光源的低噪声斐索干涉测试装置，其特征在于，所述的对准相机位于聚焦镜组的另一焦平面上，与空间光调制器关于第一分束器的分束表面对称。5.根据权利要求1所述的基于全固态随机相位环形光源的低噪声斐索干涉测试装置，其特征在于，所述的成像相...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘东，李欣明，彭韶婧，徐兆锐，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：
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