本發(fā)明涉及光學(xué)檢測(cè)領(lǐng)域，特別涉及一種移相裝置以及定位方法。

背景技術(shù)：

干涉檢測(cè)是光學(xué)元件面形檢測(cè)和光學(xué)系統(tǒng)波像差檢測(cè)的主要手段。傳統(tǒng)的干涉檢測(cè)采用條紋跟蹤法，通過(guò)直接判斷干涉條紋中心確定其序號(hào)來(lái)計(jì)算被測(cè)量。由于受到條紋判斷準(zhǔn)確性、待測(cè)波面的起伏程度影響，這種方法精度有限，不能滿足高精度光學(xué)檢測(cè)的要求。

移相干涉檢測(cè)技術(shù)具有受噪聲影響小、在干涉條紋對(duì)比度不好的情況下也能獲得較好的結(jié)果、降低了光強(qiáng)分布不均勻?qū)y(cè)量精度的影響、避免了激光高斯分布帶來(lái)的影響等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛的應(yīng)用。發(fā)表在J.Vac.Sci.Technol.B 20,2449(2002)的文章《Development of the point diffraction interferometer for extreme ultravioletlithography:Design,fabrication,and evaluation》描述了一種通過(guò)壓電陶瓷相移器(PZT)移動(dòng)被檢鏡實(shí)現(xiàn)相移干涉測(cè)量的方法。但是這種機(jī)械移相方法在移相過(guò)程中會(huì)存在沖擊，會(huì)導(dǎo)致光學(xué)元件面形變化或光學(xué)系統(tǒng)中元件相對(duì)位置變化，從而影響測(cè)量結(jié)果導(dǎo)致移相的精度不高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一方面，本發(fā)明提供一種移相裝置，所述移相裝置包括：光程匹配模塊和移相模塊；所述光程匹配模塊包括第一光纖、第一透鏡、第二光纖、第二透鏡和電機(jī)；所述第一光纖、第一透鏡、第二光纖和第二透鏡依次設(shè)置在同一光軸上；所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)第二光纖和第二透鏡沿光軸方向移動(dòng)；所述移相模塊包括光楔對(duì)和移相器，所述移相器驅(qū)動(dòng)光楔對(duì)中的一塊光楔沿垂直于光軸的方向移動(dòng)。

一些實(shí)施例中，所述光楔對(duì)包括第一光楔和第二光楔，所述第一光楔與第二光楔是兩塊完全一樣的光楔。

一些實(shí)施例中，所述第一光楔與第二光楔的楔角γ大小范圍為1～10度。

一些實(shí)施例中，所述第一光楔的第一面與第二光楔的第一面平行，兩個(gè)平行面之間的距離為d，第一透鏡的光軸分別垂直于第一光楔和第二光楔的第一面。

一些實(shí)施例中，所述第一光楔和第二光楔的楔角為γ，光程改變量ΔOPD與移相器的移動(dòng)量ΔL和光楔的折射率n之間的關(guān)系滿足以下公式：ΔOPD＝(n-1)*ΔL*tanγ

一些實(shí)施例中，所述第一光楔的一個(gè)面與第二光楔的一個(gè)面平行，且兩個(gè)平行面之間的距離為d，從第一透鏡出射的平行光波分別垂直于第一光楔和第二光楔的第一面。

一些實(shí)施例中，所述第一光楔和第二光楔的楔角為γ，光程改變量ΔOPD與移相器的移動(dòng)量ΔL和光楔的折射率n之間的關(guān)系滿足以下公式：

ΔOPD＝(n-1)*ΔL*tanγ

且移相器的移動(dòng)量滿足公式：

一些實(shí)施例中，所述移相量的計(jì)算公式為

其中，λ為移相干涉儀工作波長(zhǎng)。

另一方面，本發(fā)明提供一種標(biāo)定方法，所述標(biāo)定方法包括步驟：S1，啟動(dòng)移相干涉儀和如上所述的移相裝置，調(diào)節(jié)被測(cè)光學(xué)元件至干涉條紋清晰，等候移相干涉儀的光源穩(wěn)定；

S2，采集一幅移相干涉圖，采集完成后驅(qū)動(dòng)移相器推動(dòng)光楔對(duì)中的一個(gè)光楔移動(dòng)，并采集干涉圖；

S3，重復(fù)步驟S2，先后采集四幅干涉圖；

S4,對(duì)采集的五幅移相干涉圖進(jìn)行處理計(jì)算，得到移相量為θ；

S5,將計(jì)算得到的移相量θ與理想移相量θ′相比，得到移相器線性移相誤差的標(biāo)定系數(shù)k，實(shí)現(xiàn)移相器的標(biāo)定。

一些實(shí)施例中，所述步驟S1中的干涉條紋為3～5根。

本發(fā)明提供的移相裝置以及標(biāo)定方法通過(guò)設(shè)置光楔對(duì)來(lái)形成一個(gè)光程放大器，從而實(shí)現(xiàn)高精度移像。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的移相裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的光楔對(duì)的兩種構(gòu)成方式；

圖3為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的一種標(biāo)定方法的流程示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，而不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。

下面參考圖1至圖3來(lái)對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的移相裝置以及標(biāo)定方法進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

如圖1所示，為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例提供的一種移相裝置100，所述移相裝置100包括：光程匹配模塊和移相模塊；所述光程匹配模塊包括第一光纖1、第一透鏡2、第二光纖6、第二透鏡5和電機(jī)7；所述第一光纖1、第一透鏡2、第二光纖6和第二透鏡5依次設(shè)置在同一光軸上；所述電機(jī)7驅(qū)動(dòng)第二光纖6和第二透鏡5沿光軸方向移動(dòng)；所述移相模塊包括光楔對(duì)3和移相器4，所述移相器4驅(qū)動(dòng)光楔對(duì)3中的一塊光楔沿垂直于光軸的方向移動(dòng)。

一些實(shí)施例中，如圖2所示，所述光楔對(duì)3包括第一光楔31和第二光楔32，所述第一光楔31與第二光楔32是兩塊完全一樣的光楔。

一些實(shí)施例中，所述第一光楔31與第二光楔32的楔角γ大小范圍為1～10度。

一些實(shí)施例中，所述第一光楔31的第一面與第二光楔32的第一面平行，兩個(gè)平行面之間的距離為d，第一透鏡2的光軸分別垂直于第一光楔31和第二光楔32的第一面。所述第一光楔31的第一面與所述第二光楔32的第一面相對(duì)設(shè)置。每個(gè)光楔有兩個(gè)面，即楔面和直角面。所述楔面為兩個(gè)光纖相對(duì)的有斜度的面。所述直角面為光楔的外表面。

在此實(shí)施例中，所述第一光楔31的第一面為直角面311，所述第二光楔32的第一面為直角面321。

一些實(shí)施例中，所述第一光楔31和第二光楔32的楔角為γ，光程改變量ΔOPD與移相器的移動(dòng)量ΔL和光楔的折射率n之間的關(guān)系滿足以下公式：ΔOPD＝(n-1)*ΔL*tanγ

一些實(shí)施例中，所述第一光楔31的一個(gè)面與第二光楔32的一個(gè)面平行，且兩個(gè)平行面之間的距離為d，從第一透鏡2出射的平行光波分別垂直于第一光楔31和第二光楔32的第一面。在此實(shí)施例中，所述第一光楔31的第一面為直角面311，所述第二光楔32的第一面為直角面321。所述第一光楔31的一個(gè)面為第一光楔31的楔面312，所述所述第二光楔32的一個(gè)面為第二光楔32的楔面322。

一些實(shí)施例中，所述第一光楔31和第二光楔32的楔角為γ，光程改變量ΔOPD與移相器的移動(dòng)量ΔL和光楔的折射率n之間的關(guān)系滿足以下公式：

ΔOPD＝(n-1)*ΔL*tanγ

且移相器4的移動(dòng)量滿足公式：

一些實(shí)施例中，所述移相量的計(jì)算公式為

其中，λ為移相干涉儀工作波長(zhǎng)。

另一方面，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種標(biāo)定方法，如圖3所示，所述標(biāo)定方法包括步驟：S1，啟動(dòng)移相干涉儀和如上所述的移相裝置，調(diào)節(jié)被測(cè)光學(xué)元件至干涉條紋清晰，等候移相干涉儀的光源穩(wěn)定；

S2，采集一幅移相干涉圖，采集完成后驅(qū)動(dòng)移相器推動(dòng)光楔對(duì)中的一個(gè)光楔移動(dòng)，并采集干涉圖；

S3，重復(fù)步驟S2，先后采集四幅干涉圖；

S4,對(duì)采集的五幅移相干涉圖進(jìn)行處理計(jì)算，得到移相量為θ；

S5,將計(jì)算得到的移相量θ與理想移相量θ′相比，得到移相器線性移相誤差的標(biāo)定系數(shù)k，實(shí)現(xiàn)移相器的標(biāo)定。

一些實(shí)施例中，所述步驟S1中的干涉條紋為3～5根。

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

如圖1所示，本發(fā)明一種高精度移相裝置包括光程匹配模塊和移相模塊。光程匹配模塊包括：第一光纖1，用于將移相干涉儀中的激光傳輸進(jìn)移相裝置中；第一透鏡2，用于將光纖出射的發(fā)散光束轉(zhuǎn)換為平行光束；第二透鏡5，用于將移相模塊出射的平行光束匯聚耦合進(jìn)第二光纖6；第二光纖6，用于將移相后的光束傳輸進(jìn)移相干涉儀中；電機(jī)7，用于驅(qū)動(dòng)第二透鏡5和第二光纖6實(shí)現(xiàn)光程匹配。

第一光纖1，第一透鏡2，第二透鏡5和第二光纖6位于同一光軸上依次設(shè)置。第一光纖1的出射端面安裝時(shí)使其與第一透鏡2的焦點(diǎn)重合；第二光纖6的接受端面安裝時(shí)使其與第二透鏡5的焦點(diǎn)重合；第二透鏡5和第二光纖6統(tǒng)一安裝在電機(jī)臺(tái)上，由電機(jī)7驅(qū)動(dòng)沿光軸方向移動(dòng)。

移相模塊包括光楔對(duì)3和移相器4。光楔對(duì)3由第一光楔31與第二光楔組成32，所述第一光楔31與第二光楔組成32是兩塊完全一樣的光楔，其楔角γ大小范圍為1～10度；第二光楔固定在移相器端面上，移相器4驅(qū)動(dòng)第二光楔32移動(dòng)實(shí)現(xiàn)光程變化，實(shí)現(xiàn)移相。

如圖2所示，所述光楔對(duì)3的構(gòu)成方式有兩種。

第一種構(gòu)成方式是第一光楔31的第一面與第二光楔32的第一面平行，兩個(gè)平行面之間的距離為d，通過(guò)調(diào)整光楔對(duì)3的姿態(tài)使得第一透鏡2的光軸分別垂直于第一光楔31和第二光楔32的第一面。每個(gè)光楔有兩個(gè)面，楔面和直角面。在此實(shí)施例中，所述第一光楔31的第一面為直角面311，所述第二光楔32的第一面為直角面321。

對(duì)于第一種構(gòu)成方式，光程改變量ΔOPD與移相器的移動(dòng)量ΔL和光楔的折射率n之間的關(guān)系滿足

ΔOPD＝(n-1)*ΔL*tanγ

第二種構(gòu)成方式是第一光楔31一個(gè)面與第二光楔32的一個(gè)面平行，且兩個(gè)平行面之間的距離為d；通過(guò)調(diào)整光楔對(duì)3的姿態(tài)使得從第一透鏡2出射的平行光波分別垂直于第一光楔31和第二光楔32的第一面。在此實(shí)施例中，所述第一光楔31的第一面為直角面311，所述第二光楔32的第一面為直角面321。所述第一光楔31的一個(gè)面為第一光楔31的楔面312，所述所述第二光楔32的一個(gè)面為第二光楔32的楔面322。

對(duì)于第二種構(gòu)成方式，光程改變量ΔOPD與移相器的移動(dòng)量ΔL和光楔的折射率n之間的關(guān)系滿足

ΔOPD＝(n-1)*ΔL*tanγ

對(duì)于第二種構(gòu)成方式，需要確保移相器的移動(dòng)量ΔL滿足：

因此移相量為

式中λ為移相干涉儀工作波長(zhǎng)。當(dāng)γ為5度，n為1.5時(shí)，對(duì)移相器的移相分辨率和精度要求放寬22.8倍；當(dāng)γ為1度，n為1.5時(shí)，對(duì)移相器的移相分辨率和精度要求放寬114.6倍。當(dāng)采用移動(dòng)精度為0.1微米的移相器時(shí)能實(shí)現(xiàn)4.4～0.87nm的移相(對(duì)應(yīng)楔角為5～1度)，實(shí)現(xiàn)高精度移相。

如圖3所示，本發(fā)明的移相器得快速標(biāo)定方法包括如下步驟：

步驟1：?jiǎn)?dòng)移相干涉儀和本發(fā)明所述高精度移相裝置，調(diào)節(jié)被測(cè)光學(xué)元件至干涉條紋清晰且密度合適(3～5根)，等候移相干涉儀的光源穩(wěn)定；

步驟2：采集一幅移相干涉圖，采集完成后驅(qū)動(dòng)圖2所示移相器3推動(dòng)第二光楔2移動(dòng)，理想移相量為采集的干涉圖如下面的公式表示。

在所述公式中，I為干涉圖的光強(qiáng)分布，A為干涉圖的背景光強(qiáng)，B為干涉圖的調(diào)制度。

步驟3：重復(fù)步驟2，先后采集四幅干涉圖。

步驟4：對(duì)采集的五幅移相干涉圖進(jìn)行如下處理：

計(jì)算得到：

步驟5：將計(jì)算得到的移相量與理想移相量相比，得到移相器線性移相誤差的標(biāo)定系數(shù)k。將該系數(shù)乘以理想移相量可以得到所需移相量，實(shí)現(xiàn)移相器的標(biāo)定。

本發(fā)明涉及的移相裝置的移相精度與光楔的楔角、移相器的運(yùn)動(dòng)精度以及光楔的折射率相關(guān)。光楔形成一個(gè)光程放大器，其放大倍率在楔角為5～1度時(shí)移相精度提高22.8～114.6倍，實(shí)現(xiàn)高精度移相。

本發(fā)明實(shí)施例提供的移相裝置及其標(biāo)定方法，具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1.本發(fā)明實(shí)施例提供的移相裝置能實(shí)現(xiàn)均勻移相；

2.光楔體積小，質(zhì)量小，用小負(fù)載移相器就能推動(dòng)光楔實(shí)現(xiàn)快速移相，對(duì)移相器的要求低；

3.移相裝置不直接作用于被測(cè)光學(xué)元件，不會(huì)改變被測(cè)光學(xué)元件的應(yīng)力狀態(tài)和面形；

4.采用光纖，能有效濾除光束中的像差，提高干涉檢測(cè)精度；

5.光楔對(duì)形成一個(gè)光程放大器，其顯著降低對(duì)移相器的精度要求。對(duì)于一個(gè)楔角為5度的光楔，本發(fā)明實(shí)施例涉及的移相裝置相對(duì)于移相器而言提高22.8倍，降低了對(duì)移相器的要求。

6.本發(fā)明實(shí)施例提供的移相裝置及其標(biāo)定方法能實(shí)現(xiàn)光程調(diào)節(jié)，可以應(yīng)用于短相干干涉檢測(cè)。

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語(yǔ)“中心”、“縱向”、“橫向”、“長(zhǎng)度”、“寬度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”“內(nèi)”、“外”、“順時(shí)針”、“逆時(shí)針”、“軸向”、“徑向”、“周向”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。

此外，術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括至少一個(gè)該特征。

在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語(yǔ)“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術(shù)語(yǔ)應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過(guò)中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通或兩個(gè)元件的相互作用關(guān)系，除非另有明確的限定。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)在本發(fā)明中的具體含義。

在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接觸，或第一和第二特征通過(guò)中間媒介間接接觸。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或僅僅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或僅僅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本說(shuō)明書(shū)的描述中，參考術(shù)語(yǔ)“一個(gè)實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說(shuō)明書(shū)中，對(duì)上述術(shù)語(yǔ)的示意性表述不必須針對(duì)的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以將本說(shuō)明書(shū)中描述的不同實(shí)施例或示例以及不同實(shí)施例或示例的特征進(jìn)行結(jié)合和組合。

盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，可以理解的是，上述實(shí)施例是示例性的，不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行變化、修改、替換和變型。

以上所述本發(fā)明的具體實(shí)施方式，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限定。任何根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思所作出的各種其他相應(yīng)的改變與變形，均應(yīng)包含在本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。