本发明专利技术公开了一种条纹对比度可调的大数值孔径点衍射干涉装置及方法。线偏振激光器经二分之一波片、第一个四分之一波片和准直扩束系统后产生平行光，由显微物镜会聚到点衍射板的衍射针孔上，检测波前W1通过第二个四分之一波片后会聚于O点处得到球面波前W1'，经待测球面反射回来的反射光波再次通过第二个四分之一波片后得到旋向与参考波前W2相反的圆偏振光，再经点衍射板上的金属反射膜反射，检测波前W1和参考波前W2会合后经过准直透镜变为平面波，经过第三个四分之一波片、检偏器和成像透镜后于探测器上得到干涉条纹，探测器实时采集对应干涉图。本发明专利技术简化了点衍射干涉调整难度，为大数值孔径球面尤其是低反射率球面的高精度检测提供了可行方法。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光学测量
，尤其涉及。
技术介绍
随着光刻机等光学加工技术的不断发展，对于光学检测仪器提出了很高的精度要求。泰曼-格林干涉仪和斐索干涉仪等传统干涉检测系统都是利用具有较高面形精度的标准镜头来获得参考波面，但由于受到光学制造以及加工费用等限制，传统干涉检测系统的精度都受到了标准镜头面形精度的限制，目前诸如美国的Zygo和Wyko等商业干涉仪的面形检测精度峰谷值只能达到λ /2(Γ λ /50。因此，实际测量中难以直接通过利用标准镜获得参考波面的干涉检测方法来满足高精度光学球面检测的需要。 点衍射干涉仪基于小孔衍射方法来获得理想球面波前，并将其中一部分作为参考波前，另一部分作为检测波前，由此实现高精度球面检测。点衍射干涉仪无需精密标准镜头，可实现纳米量级、甚至于亚纳米量级的面形检测精度，同时具有很高的精度再现性。由于针孔点衍射干涉仪的条纹对比度是不可调的，因而通常只适用于高反射率球面的面形检测。但对于未镀反射膜或者抛光过程中的低反射率待测球面，其反射率仅为4%左右，从而导致干涉条纹对比度变差。条纹对比度不理想不但会给条纹处理带来困难，而且还会影响最终的面形检测精度。目前针孔点衍射干涉仪对于低反射率球面的检测主要是通过在待测面形上镀反射膜，进而得到较为理想的条纹对比度，但在多数情况下该处理方法难以满足实际应用要求。中国专利技术专利“可用于低反射率光学球面面形检测的偏振点衍射干涉系统”(申请号201010224868. I)基于偏振技术实现针孔点衍射干涉系统的条纹对比度可调功能，解决了其难以实现低反射率球面高精度检测的问题。此外，目前国内外已公开的针孔点衍射干涉系统中，基本都是利用亚微米量级甚至更小尺寸的衍射针孔来实现大数值孔径球面检测，通过微小尺寸针孔衍射来获得大孔径角的衍射波前，进而实现大数值孔径球面的高精度检测。但是微小尺寸针孔衍射会使得衍射光斑能量变得非常微弱，这不但会给检测系统的调整带来困难，而且对系统中探测器感光灵敏度和成本费用等都提出了很高的要求。因而，如何在微米量级的大衍射针孔尺寸下实现对大数值孔径球面、尤其是低反射球面的高精度面形检测，这是一个难点，而利用本专利技术所提出的，则可很好的解决该问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决现有针孔点衍射干涉仪在大尺寸衍射针孔情况下难以实现对大数值孔径球面、尤其是低反射球面的高精度面形检测的问题，提供。条纹对比度可调的大数值孔径点衍射干涉装置包括线偏振激光器、二分之一波片、第一个四分之一波片、准直扩束系统、显微物镜、点衍射板、第二个四分之一波片、待测球面、压电移相器、准直透镜、第三个四分之一波片、检偏器、成像透镜、探测器和计算机；线偏振激光器、二分之一波片、第一个四分之一波片、准直扩束系统、显微物镜、点衍射板、准直透镜、第三个四分之一波片、检偏器、成像透镜、探测器、计算机顺次相连；点衍射板、第二个四分之一波片、待测球面、压电移相器、计算机顺次相连；点衍射板包括玻璃基底、金属反射膜和衍射针孔三部分，金属反射膜镀于玻璃基底之上，金属反射膜上设有衍射针孔。所述的第二个四分之一波片为具有光束聚焦功能的真零级四分之一波片，该真零级四分之一波片包括大数值孔径消球差正透镜基底和粘合于大数值孔径消球差正透镜基底上面的波片薄膜两部分，其中粘合有波片薄膜的一面朝向衍射针孔。条纹对比度可调的大数值孔径点衍射干涉检测方法是线偏振激光器经二分之一波片和第一个四分之一波片组合调节得到圆偏振光，再经准直扩束系统后产生平行光，由显微物镜会聚到点衍射板的衍射针孔上，点衍射球面波前的其中一部分作为参考波前W2，另一部分作为检测波前W1，检测波前Wl通过一快轴方向与X轴成45°夹角的第二个四分之一波片后会聚于O点处得到球面波前W1’，经待测球面反射回来的反射光波再次通过第 二个四分之一波片后得到旋向与参考波前W2相反的圆偏振光，再经点衍射板上的金属反射膜反射，检测波前Wl和参考波前W2会合后经过准直透镜变为平面波，经过一个快轴方向与X轴成45°夹角的第三个四分之一波片后变成两个偏振方向相互垂直的线偏振光,再分别通过检偏器和成像透镜后于探测器上得到干涉条纹；通过调节检偏器的透光轴方向，可调整检测光束和参考光束间的相对光强，从而达到干涉条纹对比度可调的目的；利用计算机控制压电移相器对待测球面进行多步移相测量，并利用探测器实时采集对应干涉图，再根据多步移相算法对所采集的干涉图数据处理，同时校正由第二个四分之一波片所引入的误差，从而实现对待测球面的高精度面形检测。所述由第二个四分之一波片(7)所引入的误差的校正方法为利用调整精度可达微米量级的平移台，移动第二个四分之一波片和待测球面，调节第二个四分之一波片到衍射针孔的距离Dl和待测球面到检测光束会聚点O处的距离D2，直至观察到干涉条纹的形状变化成为直条纹状态，然后根据光线追迹方法得到对应的第二个四分之一波片所引入的波前像差数据W7，可将其作为系统误差存储于计算机的数据处理系统中，并在实际测量过程中对其加以校正，也即W0=W-W7式中，W为实际测得包含有系统误差的波面数据，W7为第二个四分之一波片所引入的波前像差数据，W0为消除第二个四分之一波片所引入波前像差影响后的待测球面波前数据。本专利技术通过引入具有光束聚焦功能的真零级四分之一波片，实现对光束偏振态的变换和检测波前孔径角的放大，从而可基于大尺寸衍射针孔解决衍射波前孔径角与光斑能量的矛盾问题，实现条纹对比度可调以及大数值孔径球面的高精度检测，并且该干涉系统极大的简化了检测系统的调整难度，同时降低了对探测器的性能等要求，进而为大数值孔径球面、尤其是低反射率球面的高精度面形检测提供了可行的方法。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进一步说明。图I是条纹对比度可调的大数值孔径点衍射干涉装置示意图；图2是条纹对比度可调的大数值孔径点衍射干涉装置第二个四分之一波片结构示意图；图3是条纹对比度可调的大数值孔径点衍射干涉装置第二个四分之一波片引入波前像差分布；图4是本专利技术实施例中曲率半径为500_、数值孔径为O. 35待测球面在干涉装置中测得波面数据图。图中线偏振激光器I、二分之一波片2、第一个四分之一波片3、准直扩束系统4、显微物镜5、点衍射板6、玻璃基底61、金属反射膜62和衍射针孔63、第二个四分之一波片 7、大数值孔径消球差正透镜基底71、波片薄膜72、待测球面8、压电移相器9、准直透镜10、第三个四分之一波片11、检偏器12、成像透镜13、探测器14、计算机15。具体实施例方式如图I所示，条纹对比度可调的大数值孔径点衍射干涉装置包括线偏振激光器I、二分之一波片2、第一个四分之一波片3、准直扩束系统4、显微物镜5、点衍射板6、第二个四分之一波片7、待测球面8、压电移相器9、准直透镜10、第三个四分之一波片11、检偏器12、成像透镜13、探测器14和计算机15 ;线偏振激光器I、二分之一波片2、第一个四分之一波片3、准直扩束系统4、显微物镜5、点衍射板6、准直透镜10、第三个四分之一波片11、检偏器12、成像透镜13、探测器14、计算机15顺次相连；点衍射板6、第二个四分之一波片7、待测球面8、压电移相器9、计算机15顺次相连。其中，显微物镜5为长工作距离显微物镜，以避免点衍射板6本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种条纹对比度可调的大数值孔径点衍射干涉装置，其特征在于，它包括线偏振激光器(1)、二分之一波片(2)、第一个四分之一波片(3)、准直扩束系统(4)、显微物镜(5)、点衍射板(6)、第二个四分之一波片(7)、待测球面(8)、压电移相器(9)、准直透镜(10)、第三个四分之一波片(11)、检偏器(12)、成像透镜(13)、探测器(14)和计算机(15)；线偏振激光器(1)、二分之一波片(2)、第一个四分之一波片(3)、准直扩束系统(4)、显微物镜(5)、点衍射板(6)、准直透镜(10)、第三个四分之一波片(11)、检偏器(12)、成像透镜(13)、探测器(14)、计算机(15)顺次相连；点衍射板(6)、第二个四分之一波片(7)、待测球面(8)、压电移相器(9)、计算机(15)顺次相连；点衍射板(6)包括玻璃基底(61)、金属反射膜(62)和衍射针孔(63)三部分，金属反射膜(62)镀于玻璃基底(61)之上，金属反射膜(62)上设有衍射针孔(63)。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王道档，
申请(专利权)人：中国计量学院，
类型：发明
国别省市：
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