[发明专利]一种扩束准直系统波面像差检测装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于光学检测技术领域，具体涉及一种扩束准直系统波面像差检测的装置及方法。 

背景技术

激光器发出的光束虽然具有很好的方向性，但是仍然存在一定的发散角。现有通常采用扩束准直系统来改善其方向性，即将扩束准直系统设置于激光前进的光路上，利用其压缩激光器发出光束的发散角且扩大光束尺寸，此过程就称为激光光束的扩束准直。激光光束的扩束准直在光学精密测量方面及光学成像方面均具有广泛地应用。在光学成像方面，激光扩束准直是激光直写光刻技术中的重要技术，激光光束经过扩束准直系统后光波的像质将直接影响到激光直写的效果，即直接影响激光直写光刻的成像性能，为此，必须对扩束准直系统的波面像差进行检测、校正及控制，从而保证激光直写光刻的高质量的曝光成像。 

目前，在光学检测技术领域中，主要采用对背景环境和噪声不敏感的横向剪切干涉技术实现对扩束准直系统波面像差的检测。双朗奇位相光栅横向剪切干涉仪作为一种典型的横向剪切干涉技术，其利用两个相同的一维朗奇位相光栅实现对光波的剪切，获取剪切波面在重叠区域的剪切干涉图，并进一步对剪切干涉图进行处理，获取扩束准直系统的波面像差。但是，朗奇位相光栅衍射的±3级衍射光也参与到剪切波面的干涉中，从而会引入附加的背景噪声，影响了干涉条纹的对比度，从而影响了此干涉仪的检测精度。 

发明内容

本发明的目的是提出一种扩束准直系统波面像差检测装置及方法，采用本发明可以消除±3级及±3的倍级衍射光的影响，使得所形成的干涉光波主要集中在±1级衍射光中，从而提高了检测精度。 

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下： 

一种扩束准直系统波面像差检测装置，包括剪切单元、调节单元、光电探测单元、存储单元以及信号处理单元；其中，剪切单元与光电探测单元依次设置于扩束准直系统出射光束的光路上，剪切单元位于扩束准直系统与光电探测单元之间； 

剪切单元包括一维位相光栅A和一维位相光栅B，一维位相光栅A和一维位相光栅B相互平行并与所述出射光束的光路垂直，用于实现对入射光波的剪切；其中，一维位相光栅A和一维位相光栅B的结构相同，其上相邻透光部分设置不同的刻蚀深度使透过相邻透光部分的光波存在180°相位差；同时，两相邻透光部分之间的非透光部分的宽度为p/6，透光部分的宽度为p/3，p为一维位相光栅的周期；设定p≥16β，β为光电探测单元的像元尺寸； 

调节单元与一维位相光栅A和一维位相光栅B分别相连，用于实现对一维位相光栅A和一维位相光栅B的旋转以及位置的调节； 

光电探测单元与存储单元相连，用于采集剪切产生的剪切干涉图并传输给存储单元； 

存储单元与信号处理单元相连，用于存储光电探测单元传输过来的剪切干涉图，以及用于存储信号处理单元传输过来的扩束准直系统的波面像差； 

信号处理单元用于根据存储单元存储的剪切干涉图计算扩束准直系统的波面像差。 

本发明对于检测波面像差较小的扩束准直系统时，调节单元增大一维位相光栅A与一维位相光栅B之间的距离；当检测波面像差较大的扩束准直系统时，调节单元减小一维位相光栅A与一维位相光栅B之间的距离。 

本发明所述存储单元与光电探测单元以及信号处理单元之间可以采用蓝牙或红外进行通信。 

本发明所述信号处理单元根据剪切干涉图进一步获取扩束准直系统的波面曲率半径和光波发射角，并传输给存储单元进行存储。 

一种利用所述扩束准直系统波面像差检测装置的检测方法，具体步骤为： 

步骤一、调整单元旋转一维位相光栅A和一维位相光栅B，使两者上的光栅线条都与y轴平行；调节单元进一步控制一维位相光栅A和一维位相光栅B沿x轴方向移动0、p/4、p/2、3p/4，图像探测单元依次采集对应0、π/2、π、3π/2相移的x方向剪切干涉图 

步骤二、调节单元旋转一维位相光栅A和一维位相光栅B，使两者上的光栅线条都与x轴平行；调节单元进一步控制一维位相光栅A和一维位相光栅B沿y轴方向移动0、p/4、p/2、3p/4，图像探测单元依次采集对应0、π/2、π、3π/2相移的y方向剪切干涉图 

步骤三、根据x方向剪切干涉图 和y方向剪切干涉图 获取扩束准直系统的波面像差。 

有益效果