[发明专利]一种基于图像信息的点衍射干涉仪光路精确校准系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于图像信息的点衍射干涉仪光路精确校准系统及方法，包括分光棱镜、扩束准直系统、衍射孔板、波前传感器、透镜、光功率计、三维精密电控平移台及其驱动器、CCD1和计算机，利用瑞利索末菲衍射理论分析得到对准误差与衍射波前偏差间的数学关系；根据需求设计精确光路校准系统，采集得到光斑小孔对准图像与衍射孔板前后光强；然后通过图像处理算法分析并测量对准偏差信息，建立测量量‑控制量间数学模型；最后依据系统实现原理实现精确校准。本发明实现了可视化环境下衍射孔‑光斑的精确对准，在一定程度上消除了对准偏差对点衍射干涉仪检测精度的影响，具有对准精度与效率高等特点，同时降低了实验操作中激光对操作人员视力的损伤。

技术领域

本发明属于激光干涉精密测量技术领域，具体涉及一种基于图像信息的点衍射干涉仪光路精确校准系统及方法。

背景技术

随着科学技术的发展，高精度光学元件及光学系统广泛应用于精密光刻技术(EUVL)、航空航天、军事武器、高端民用设备等领域，其制造精度影响着仪器性能。干涉测量法是一种重要的光学元件面形检测方法，通常应用于加工后期的精抛光阶段。当前主流的干涉仪有菲索型及泰曼-格林型干涉仪，其检测精度RMS约为λ/60～λ/100(λ＝632.8nm),PV＜λ/20的水平。受限于干涉仪配备的标准球面镜头精度，此类干涉仪无法满足纳米甚至亚纳米级检测精度的需求。点衍射干涉技术是近年来行业发展的一类新的检测方法，该技术利用小孔衍射原理，产生近似理想的衍射球面波前来对待测光学元件进行相对检测，波前理论精度可达PV＜λ/10⁴。点衍射技术可分为光纤点衍射(FPDI)与针孔点衍射(PPDI)，由于衍射数值孔径通常小于0.2，光纤点衍射技术难以胜任大口径光学元件的检测，故针孔点衍射的应用更加广泛。针孔点衍射干涉检测技术具有检测精度高、数值孔径大等优势，但与此同时其实验装置易受多种因素的影响，使得检测精度下降。空气流扰动、温度变化、光束与针孔对准偏差、环境振动、光源输出不稳定等因素都是造成检测精度下降的误差源。其中，光束针孔对准偏差是一项重要的影响因素，通过理论分析可知该因素将导致点衍射系统检测精度指数下降。因此开发一种辅助光路校准装置是十分必要的。

传统实验操作中，实验人员多以视觉观察衍射孔板后侧出射衍射斑光强判定入射汇聚光斑是否与衍射孔对准。该方式校准效率低、精度较差，且长期操作对视力损害较大。Kenneth A,Patrick Naulleau等利用傅立叶变换对光电探测器采集到的衍射场图像进行频域信息分析，以零级衍射光通过衍射孔板的光能量为参照依据实现针孔对准。ShenzhenWang,Qiang Yuan等基于二维功率谱密度函数方法分析针孔对准近场图像以实现光斑与针对之间对准。该方法主要应用于激光空间滤波器针孔对准方面的应用。孔晨晖，张运海等设计了一种精密针孔对准调试系统，系统中分别用两个分光棱镜引出衍射孔两侧(入射与出射端)光束，然后用透镜聚焦引出光束并通过不同CCD记录光斑在传感器靶面上的位移量从而实现对准。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于图像信息的点衍射干涉仪光路精确校准系统及方法，以消除光斑-衍射孔对准误差引起的衍射波前偏差，从消除误差的角度提高相对测量精度。

本发明采用以下技术方案：