[发明专利]激光干涉仪非线性误差修正方法、装置及应用其的干涉仪

说明书

技术领域

本发明涉及激光测量技术领域，特别涉及一种单频激光干涉仪非线性误差修正方法、装置及应用该装置的激光干涉仪。

背景技术

伴随着纳米技术、微电子技术和MEMS的发展，对尺寸和位移测量的精度要求越来越高。例如美国国家标准技术研究院(NIST)的Teague认为，在集成电路工业中，当线宽将于2014年达到50nm以下时，国家级计量院应能保证达到0.4nm的测量精度。激光干涉仪使用光波的波长作为基本刻度，其测量结果可以直接溯源到米定义波长基准，是长度计量中最为广泛使用的基准测量仪器。干涉仪的误差来源主要为激光波长的精度，测量噪音和非线性误差。当激光干涉仪作为纳米计量仪器的测量基准时，为了保证0.4nm的线宽测量精度，其测量不确定度应达到0.1nm。此时非线性误差就成为了干涉仪的最主要的误差来源。

单频激光干涉仪的非线性误差是以干涉明暗条纹周期(通常为λ/2光程差，λ：光波波长)为周期的周期性误差，主要是由相位混叠产生的。产生相位混叠主要原因是：(1)干涉仪中的波片、分光镜等光学零件均非理想元件，如偏振分光镜不可能将两束偏振光100％的分离、各表面的反射损失、波片的相位延迟误差等；(2)干涉仪的调整不够理想，参考光和测量光的光束不能够完全同轴；(3)光电转换器的非线性。通常在良好调整的情况下，干涉仪的非线性误差可达5-10nm。因此，对于要求0.1nm测量不确定度的干涉仪，非线性误差的校准是必须的。

理想干涉信号为一对等幅、正交的简谐信号，其李萨如图形为理想的圆。这对理想干涉信号可表示为：

u1=Rsinθu2=Rcosθ---(1)]]>

式中，u₁、u₂为干涉信号，R为信号幅值，θ为干涉信号的相位角。干涉信号的相位角与测量镜位移是一一对应的：x是测量镜位移。相位角可由下式求得：

θ=arctanu1u2---(2)]]>

但实际干涉信号是不完善的。传统的Heydemann方法是美国学者Heydemann提出的一种方法，是一种应用较为成熟的传统方法，是将两路干涉信号用一个广义椭圆方程表示，所以也叫椭圆修正，如下：