光栅离焦造成的光栅剪切干涉系统误差补偿方法技术方案

一种光栅离焦造成的光栅剪切干涉系统误差补偿方法，通过将像面光栅离焦后测得的拟合波前的Z4、Z9项Zernike多项式的系数替换为像面光栅位于焦平面时的相应系数，再次重新拟合波前实现系统误差的算法补偿，同时该方法计算出像面光栅的实际离焦距离，可以实现像面光栅调整至成像焦平面的机械补偿。该方法能够消除像面光栅离焦引入的成像系统失焦误差，提高光栅剪切干涉技术检测光学系统的精确度。栅剪切干涉技术检测光学系统的精确度。栅剪切干涉技术检测光学系统的精确度。

【技术实现步骤摘要】
光栅离焦造成的光栅剪切干涉系统误差补偿方法


[0001]本专利技术属于光学检测
，涉及光栅剪切干涉仪的系统误差补偿方法，特别是光栅剪切干涉像面光栅离焦造成待测光学系统成像失焦的系统误差补偿方法。

技术介绍

[0002]光栅剪切干涉仪是一种横向剪切干涉仪，具有共光路结构、无需参考面，零条纹检测，检测灵敏度高等优点，是实现成像光学系统波像差检测的技术手段之一。
[0003]在先技术1(d.K.Van,A.Mark,W.D.Boeij,H.Kok,M.Silova,J.Baselmans,M.Hemerik,and B.W.Smith,"Full optical column characterization of DUV lithographic projection tools,"Proc.SPIE 5377,1960
‑
1970(2004))提出一种基于Ronchi剪切干涉的双光栅波像差检测技术，该技术实现了投影物镜波像差的高速、高精度原位检测。
[0004]在先技术2(F.Wu,F.Tang,X.Wang,J.Li,and Y.Li,“Phase retrieval errors analysis of Ronchi phase
‑
shifting shearing interferometer,”Acta Opt.Sin.35,0612004(2015).)对双光栅波像差检测技术的相移误差、探测器误差、振动误差、光栅周期误差和光源空间相干性误差进行了研究。
[0005]在先技术3(Yang Liu,Feng Tang,Sikun Li,Xiangzhao Wang,and Rong Su,"Effects of illumination non
‑
uniformity on the double
‑
Ronchi lateral shearing interference field,"Appl.Opt.61,10299
‑
10308(2022))在双光栅波像差检测技术的照明为非均匀光源时，研究了照明均匀性对干涉场的影响。
[0006]在先技术4(一种光栅横向剪切干涉波前重建过程中的补偿方法，CN113432731B)在光栅横向剪切干涉波前重建过程中对光瞳坐标畸变和剪切量变化进行同时补偿，提高了大NA光学系统的检测精度。
[0007]上述技术，均在像面光栅位于待测光学系统成像焦面时对系统进行误差分析和补偿，在实际干涉仪运行过程中，像面光栅离焦是一个影响干涉场的重要问题，为干涉仪测量带来系统误差。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种光栅剪切干涉技术系统误差的补偿方法。该方法能够消除像面光栅离焦引入的成像系统失焦误差，提高光栅剪切干涉技术检测光学系统的准确度。
[0009]本专利技术技术方案如下：
[0010]1、一种光栅剪切干涉技术中像面光栅离焦造成成像系统失焦的系统误差补偿方法，其特征在于，该方法包含下列步骤：
[0011]1)光栅剪切干涉仪的像面光栅与待测光学系统成像焦面重合时，利用光栅横向剪切干涉仪产生待测光学系统在X、Y方向的剪切干涉图，并使用二维光电传感器接收干涉图
I
*x
(x
d
,y
d
)和I
*y
(x
d
,y
d
)，其中(x
d
,y
d
)为二维光电传感器上的像素位置坐标系；
[0012]2)从所述X、Y方向的剪切干涉图中提取X、Y方向的差分相位S
*x
(x
d
,y
d
)和S
*y
(x
d
,y
d
)；
[0013]3)利用差分相位S
*x
(x
d
,y
d
)和S
*y
(x
d
,y
d
)重建待测波前W
*
，采用前m项条纹Zernike多项式对重建波前W
*
进行拟合，得到各多项式对应的系数C
*i
(i＝1，2，
…
，m)，重建波前W
*
的拟合表达式：
[0014][0015]其中，Z
i
表示第i项多项式，Z4、Z9项对应的系数为C
*4
、C
*9
；
[0016]4)光栅剪切干涉仪的像面光栅偏离待测光学系统成像焦面时，利用光栅横向剪切干涉仪产生待测光学系统在X、Y方向的剪切干涉图，并使用二维光电传感器接收干涉图I
x
(x
d
,y
d
)和I
y
(x
d
,y
d
)，其中(x
d
,y
d
)为二维光电传感器上的像素位置坐标系；
[0017]5)从所述X、Y方向的剪切干涉图中提取X、Y方向的差分相位S
x
(x
d
,y
d
)和S
y
(x
d
,y
d
)；
[0018]6)利用差分相位S
x
(x
d
,y
d
)和S
y
(x
d
,y
d
)重建待测波前W，采用前m项条纹Zernike多项式对重建波前W进行拟合，得到各多项式对应的系数C
i
(i＝1，2，
…
，m)，重建波前W的拟合表达式：
[0019][0020]其中，Z
i
表示第i项多项式；Z4、Z9项对应的系数为C4、C9；
[0021]7)将步骤6)得到的Z4、Z9项多项式对应的系数C4、C9替换为步骤3)得到的Z4、Z9项系数C
*4
、C
*9
，利用替换后的各多项式系数C
i
再次拟合待测波前，输出系统误差补偿后的待测波前；
[0022]8)根据像面光栅偏离焦平面时波前拟合的Z4项多项式系数C4和像面光栅在焦平面位置时Z4项系数C
*4
计算像面光栅的离焦距离z为：
[0023][0024]其中，NA为待测光学系统的数值孔径；
[0025]9)移动像面光栅距离z，光栅横向剪切干涉仪的像面光栅调节至与待测光学系统成像焦面重合。
[0026]本专利技术的技术效果为：
[0027]由于所述的光栅剪切干涉技术中像面光栅离焦造成的系统误差的补偿方法，能够消除像面光栅离焦引入的成像系统失焦误差，提高光栅剪切干涉技术检测光学系统的精确度。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光栅离焦造成的光栅剪切干涉系统误差补偿方法，其特征在于，该方法包含下列步骤：1)光栅剪切干涉仪的像面光栅与待测光学系统成像焦面重合时，利用光栅横向剪切干涉仪产生待测光学系统在X、Y方向的剪切干涉图，并使用二维光电传感器接收干涉图I
*x
(x
d
,y
d
)和I
*y
(x
d
,y
d
)，其中(x
d
,y
d
)为二维光电传感器上的像素位置坐标系；2)从所述X、Y方向的剪切干涉图中提取X、Y方向的差分相位S
*x
(x
d
,y
d
)和S
*y
(x
d
,y
d
)；3)利用差分相位S
*x
(x
d
,y
d
)和S
*y
(x
d
,y
d
)重建待测波前W
*
，采用前m项条纹Zernike多项式对重建波前W
*
进行拟合，得到各多项式对应的系数C
*i
(i＝1，2，
…
，m)，重建波前W
*
的拟合表达式：其中，Z
i
表示第i项多项式，Z4、Z9项对应的系数为C
*4
、C
*9
；4)光栅剪切干涉仪的像面光栅偏离待测光学系统成像焦面时，利用光栅横向剪切干涉仪产生待测光学系统在X、Y方向的剪切干涉图，并使用二维光电传感器接收干涉图I
x
(x
d
,y
d
)和I
y
(x
d
,y
d
)，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘洋，李思坤，
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：