温度对复制光栅衍射波前的影响

本文针对复帛晃栅过程中,温度不稳定造成复制品衍射波前失真的问题进行了分析,并通过反复实验确定了复制光栅最佳时间,从而提高复制光栅的一次成品率,母板利用率和使用寿命。     

极小孔径衍射波前测试分析

研制点衍射干涉仪时,小孔的形貌和装调误差会对衍射波前质量产生影响,故本文研究了采用相位复原对小孔衍射波前质量进行测评的方法。设计并搭建了衍射波前测试装置,对光纤衍射波前进行了测评实验。为了验证测试方法的有效性,分别对采集的衍射图像与重构的衍射图像,以及测试获得的振幅分布与理论计算获得的振幅分布进行了对比。结果显示。采集图像与重构图像之间的差异为0.32%,验证了采用相位复原技术进行衍射波前测试方法的有效性。同时,对干涉方法测量与相位复原结果进行了对比,二者差异仅为0.001 4λRMS。     

高精度衍射光栅干涉式测量系统的主要误差分析与仿真

设计了一种高精度位移传感器——衍射光栅干涉仪系统。该系统利用半导体激光器作为光源,衍射光栅作为长度标准,其光学原理可以利用多普勒效应来阐述。给出当光栅存在沿X向、Y向上的位移偏差和绕X轴、Y轴和Z轴的转动误差时,引起干涉条纹质量变化和测量误差的定量关系,为测量系统在实际应用中进行误差修正提供依据。经分析可知,光栅沿X轴(光栅运动方向)、Y轴(光栅刻线方向)和Z轴的偏移几乎不会导致条纹信号变化;当光栅沿着X轴旋转时,条纹方向和间隔均发生了变化;当绕Z轴旋转时,条纹间隔没有变化但是方向发生了变化;当沿X轴和Y轴旋转后,条纹位置分别向右和向下移动。光栅沿Z轴移动误差小于0.05mm,绕X轴和Z轴旋转误差小于0.002rad,绕Y轴旋转误差小于0.005rad时,满足测量范围为1000mm时,精度为±3μm测量的要求。     

用于位相缺陷检测的反射式剪切点衍射干涉仪

为了实现光学元件位相缺陷的大视场、高分辨率、瞬态检测,设计了一种基于无镜成像算法的反射式剪切点衍射干涉仪。该干涉仪通过在参考光与测试光之间引入横向错位量,形成高密度线性载频,利用快速傅里叶变换算法从单幅干涉图中提取待测波面信息,实现缺陷的瞬态测量。利用无镜成像算法抑制了缺陷的衍射效应,总结了有效的缺陷类型辨别方法。实验检测了强激光系统中的一块光学平晶,验证了所提缺陷类型判据的正确性。此外,采用反射式剪切点衍射干涉仪对一块激光毁伤的光学平板进行检测,测试结果与Veeco NT9100白光干涉仪测量结果相比,相对误差为2.1%。结果表明,该干涉仪能够有效应用于检测大口径光学元件的位相缺陷。     

纳米级针孔矢量衍射波前误差分析

应用哈特曼-夏克(H-S)波前检测仪检测大数值孔径(NA)透镜时,需要采用纳米级针孔产生参考球面波前对H-S传感器进行标定.为了制作出满足要求的高质量针孔,本文对影响参考波前质量的各种要素进行了仿真计算和分析,以获得最优针孔加工参数.基于矢量衍射理论,在会聚高斯光束照射下,计算了针孔厚度和直径大小对衍射波前误差的影响,衍射波前中的像差成份、能量透过率、强度均匀性、针孔加工误差及光束相对针孔中心发生平移、离焦、倾斜时衍射波前误差的变化.分析计算显示,在NA为0.6时,为了使相对于理想球面波的波峰波谷值(P-V)偏差不大于0.005λ(λ=193 nm),在实际针孔的加工制作中,应选取材料铬,并取厚度200 nm,直径180 nm为适宜.     

干涉与衍射异同点的探讨

结合近几年从事基础物理的教学经验,围绕波动光学中相关知识点,提出了一种严格阐述干涉与衍射的方式和方法:即从光栅的光强度分布公式入手,讨论了光栅、多光束干涉、双缝实验的光强度分布情况,并系统地说明了其中的区别和联系,从而较深入地探讨了光波干涉与衍射的本质。以期对基础物理教学提供一些有益的借鉴,其中提出的一些观点和方法还有待在今后的物理教学实践中不断积累和完善。     

点衍射波前位相的测评

提出一种检测点衍射干涉仪关键部件针孔所产生的衍射光学波前的方法。介绍了点衍射波前的产生原理,分析了小孔质量状态、照明光路调整状态与波前各个像差分量之间的关系。基于信息光学基础理论,采用傅里叶变换和迭代算法,采集针孔衍射图像并进行计算分析,实现对衍射波前的位相复原以获得波前信息。阐述了测试方法的理论依据和计算公式,应用研制的位相复原分析计算软件测试并分析了实际采集的点衍射图像,通过15次的迭代,输出的位相值逐渐收敛,图像误差因子下降到0.12。目前,该方法已用于对针孔的筛选和针孔照明系统的装调中,实验结果证明了该测试方法的可行性。     

基于瞬态压力波法的输油管道泄漏检测技术研究

近年来,油管道泄漏事故频繁发生,为保障管道安全运行和将泄漏事故造成的危害减少到最小,需要研究泄漏检测技术以获得更高的泄漏检测灵敏度和定位精度。针对输油管道的特点,分析了瞬态压力波泄漏检测技术的定位原理以及影响准确定位的关键因素,对热油输送管道沿程瞬态压力波传播速度的变化进行了研究。另外利用信号奇异点与小波变换模极大值在多尺度上变化对应的性质,将小波变换应用到扑捉泄漏压力信号序列的特征拐点中,使压力波时间差更加精确,从而有效提高了输油管道泄漏检测的定位精度。     

剪切干涉测量中基于Zernike多项式的自适应波前重建

提出一种剪切干涉测量中被测波前重建的新方法，该方法基于Zernike多项式最小二乘拟合的基本原理，通过自适应的方式来确定波前重建表达式。推导出剪切相位Zernike多项式系数与被测波前Zernike多项式系数的直接转换矩阵，提出了自适应确定多项式级次的新算法，给出了相应的波前重建数学模型。对算法进行了计算机模拟，并应用于实际剪切干涉测量，结果证明该方法具有可靠的波前重建精度。     

一种新颖的点衍射干涉轻敲模式原子力显微镜

论述了一种新颖的原子力显微镜,它利用硅微探针的特殊结构和相关光学系统所引起的点衍射干涉现象[1]来扫描成像,因为硅微探针被用作反射型点衍射板,故光路完全共路,再结合锁相检测技术,使得该仪器抗干扰力极强且结构精巧紧凑,可适用于测试软硬不同材料样品,对软质高分子膜材料检测得到了实际的链状结构。     

用于三维测量的双路点衍射干涉系统

针对在仅有一个光纤对的单路点衍射三维测量系统中,存在平行于条纹的横向方向上测量精度低的问题,提出了用于三维测量的双路点衍射干涉系统。分析了点衍射波前误差、测量探头结构布局以及三维迭代重构算法对于三维测量精度的影响,在此基础上确定点衍射源结构以及探头结构布局等最优系统参数。实验结果显示,单路点衍射干涉三维测量系统在xy方向的精度分别为亚微米量级和微米量级,而双路点衍射干涉仪系统可在三维方向上同时达到亚微米量级,验证了所提出的双路点衍射干涉系统方案的可行性和准确性。所提出的双路点衍射干涉系统有效的实现高精度三维测量,为无导轨三维位移和尺寸等测量提供了一种可行方法。     

用计算全息法测量长焦透镜的透射波前

为了高精度地检测长焦透镜的透射波前,提出了在Zygo干涉仪的平面光路中加入一个二元衍射元件提供参考波前的计算全息法(CGH)。介绍了计算全息法检测长焦透镜透射波前的理论,设计并研制了高精度计算全息板,并将其用于大口径长焦距透镜透射波前检测。理论分析和实际检测结果表明:该方法系统误差小,测量重复性精度优于0.004λ(2σRMS),与常规的菲索干涉法测量球面透镜透射波前得到的结果一致,从而验证了提出测量方法的可靠性。最后,详细分析了二元衍射元件的制造误差对透射波前检测的影响,得到测量误差(PV)小于λ/10。文中的结果表明提出的计算全息法可有效缩短光路,提高测量精度,对长焦透镜波前检测有重要的应用价值。     

用虚光栅移相莫尔条纹法测量小球面曲率半径

随着近代光学、光通信等领域的迅猛发展,光学元器件的微小化已成为一个重要的发展趋势.球面是微小光学元件常见的一种面形.研究了一种基于虚光栅移相莫尔条纹术测量小球面曲率半径的方法.实验以Askania环形球径仪配备的曲率半径为17.92mm的标准凸球面样板为例,利用干涉显微镜拍摄了一幅含有载频的被测球面非接触干涉图,通过运...     

面向浸没式光刻机的超精密光学干涉式光栅编码器位移测量技术综述

超精密平面光栅编码器位移测量技术是32～7nm节点浸没式光刻机的核心技术。通过分析浸没式光刻机平面光栅位置系统的需求和布局,提出了光刻机专用超精密平面光栅编码器的基本需求。针对现有的光栅编码器,开展了基本测量光路方案、相位探测方案、分辨率增强光路方案、离轴/转角允差光路方案、死程误差抑制光路方案的综述分析,提出了现有设计方案面向光刻机应用所需要解决的关键问题。面向亚纳米级测量精度的需求,针对光栅编码器的仪器误差,对周期非线性误差、死程误差、热漂移误差和波前畸变误差进行了综述分析,提出了平面光栅编码器实现亚纳米精度所需要解决的关键问题。本综述为光刻机专用超精密平面光栅编码器的研制提供了参考。     

用于瞬态微观轮廓检测的 Mirau 偏振干涉显微镜

基于PZT移相的传统Mirau干涉显微镜存在采样时间间隔长、易受外界环境扰动影响以及对比度不可调等问题,提出了用于瞬态微观轮廓检测的Mirau偏振干涉显微镜。系统利用线栅偏振片作为偏振分束器,实现偏振分光和条纹对比度的可调,以满足不同反射率被测对象的检测需求;利用偏振相机瞬时获取四幅偏振相移干涉图,可有效降低外界环境扰动影响。对系统采用的偏振元件进行了建模分析,得到实际的偏振像差分布,并将其作为系统误差予以剔除。同时针对偏振相机存在的视场误差,研究了基于相位插值的视场误差校正方法。通过分析系统中各个器件特性对测量结果精度的影响,提出相应的误差校正方法。对所提出的Mirau偏振干涉显微镜的精度和可行性进行了实验论证,实验结果表明,其测量精度优于1/100λ,重复性精度优于0.1 nm。该测量系统具有对比度可调、瞬态测量以及结构紧凑等优点,为各类元件表面微观轮廓以及微小结构的在线检测提供了一种可行方法。     

大型望远系统波前检测中的波前误差修正

在大型望远系统的波前检测中,固定着五角棱镜的运动平台沿并非严格平面的导轨平台移动时,五角棱镜会发生微偏转产生扫描激光束转向的波前误差。用渥拉斯顿棱镜型双频激光干涉仪实时测量五角棱镜的运动误差,计算扫描激光束入射望远系统子孔径时的波前误差,修正此波前误差得到子孔径范围内望远系统自身的波前。     

基于空洞空间卷积网络的点衍射干涉图像相位解包技术

为满足点衍射干涉测量对解包算法高精度、高效以及抗干扰的检测需求。提出一种基于空洞空间卷积的相移点衍射干涉图像的相位解包方法,通过将自编码器结构和空洞空间卷积结合获得更高的相位解包精度,实现对包裹相位图像可控的多尺度特征提取。根据点衍射图像特点制作的大量多样化数据集对其进行训练和优化,从而实现准确识别包裹相位所在阶次,最终可以快速处理包裹图像得到高精度的解包结果。利用所提方法对实际点衍射干涉图像进行处理,并与ESDI专业干涉图像处理软件以及其他解包算法处理结果进行比对,结果表明：本文解包结果与软件枝切法解包处理结果均方根误差值为0.022 2 rad,面形拟合结果与软件面形拟合结果峰谷差值仅为0.012 1λ、均方根差值仅为0.004 2λ;时间效率上,完成一幅图像的处理平均仅需0.035 s,而传统方法均大于1 s。与其他方法相比,所提方法在处理包裹相位方面具有快速、高精度的特性,为点衍射干涉图像处理的高精度相位解包提供了新的可行方案。     

基于五棱镜扫描法的波前系统研究

为检测基于五棱镜扫描法的大口径光学系统波前检测法,以口径为513mm的仿真模拟波面为被测波面进行模拟仿真检测试验,使用通光口径为5mm的五棱镜对被测波面进行模拟二维扫描检测。根据实验结果拟合出被测波面的二维特性曲线,再利用二维特性曲线对被测波面进行三维拟合,并分析实验中可能存在的误差。实验结果表明,模拟波面与被测波面吻合,证实了这种方法可行并且在一定条件下能进行高精度检测。     

离轴抛物镜检测中调整误差对波前畸变的影响

对离轴非球面在光学加工和后期装调阶段的光学检测进行了研究,分析了检测过程中调整误差对波前畸变的影响.以加工半径为10 000 mm、二次曲面系数为-1、口径为500 mm、离轴量为425mm的离轴抛物面为例,建立了各个调整参数对波前畸变影响的物理模型及数学模型,调整误差主要包括俯仰与高低、偏摆与离轴量及绕其子光轴旋转3...