點(diǎn)衍射干涉檢測系統(tǒng)光學(xué)結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化及誤差分析研究.pdf

1、光學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展對光學(xué)系統(tǒng)質(zhì)量或光學(xué)面形要求不斷提高，而現(xiàn)有商用干涉儀的檢測精度由于受到標(biāo)準(zhǔn)面加工的限制，其檢測精度的均方根值(RMS)一般為λ/50～λ/100，無法達(dá)到更高的檢測精度。針孔點(diǎn)衍射干涉檢測技術(shù)作為一種高精度檢測手段，可實(shí)現(xiàn)亞納米量級的檢測精度。在點(diǎn)衍射干涉儀(PDI)中，除了衍射波前誤差會影響系統(tǒng)的測量精度外，衍射光的強(qiáng)度和光強(qiáng)均勻性對檢測精度也有很大的影響。檢測數(shù)值孔徑內(nèi)的光強(qiáng)分布不均勻，衍射光強(qiáng)不足時，將會導(dǎo)致干

2、涉圖樣的對比度與信噪比不理想，從而會影響系統(tǒng)的檢測結(jié)果。
　　較小的波前誤差、合適的衍射強(qiáng)度、均勻的衍射光強(qiáng)都有助于點(diǎn)衍射干涉系統(tǒng)測量精度的提高，然而在針孔點(diǎn)衍射干涉系統(tǒng)中，有幾個關(guān)鍵的光學(xué)結(jié)構(gòu)參數(shù)，包括顯微物鏡數(shù)值孔徑、針孔尺寸、檢測數(shù)值孔徑，對上述三者均有一定的影響，并且對他們的作用是相互制約的。因此只有選取合理的光學(xué)結(jié)構(gòu)參數(shù)，使得三者達(dá)到一個均衡匹配的狀態(tài)，從而使得點(diǎn)衍射干涉檢測系統(tǒng)滿足檢測要求。
　　本文采用時域有限

3、差分方法(Finite Difference Time Domain Method，F(xiàn)DTD)分別建立了二維和三維針孔點(diǎn)衍射波前質(zhì)量仿真模型。并分別分析了針孔點(diǎn)衍射干涉系統(tǒng)中關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)，即顯微物鏡數(shù)值孔徑、針孔尺寸以及檢測數(shù)值孔徑，對針孔衍射參考波前誤差、衍射光強(qiáng)以及光強(qiáng)的均勻度的影響。并根據(jù)具體的檢測要求，優(yōu)化關(guān)鍵光學(xué)結(jié)構(gòu)參數(shù)，得到不同檢測精度要求對應(yīng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)匹配值。這些分析對點(diǎn)衍射干涉系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)選取具有一定的指導(dǎo)意義。

4、>　　分析了當(dāng)會聚光斑與針孔中心之間分別存在平移、傾斜、離焦對準(zhǔn)誤差時，針孔衍射波前質(zhì)量的變化。同時還對針孔由于存在加工誤差導(dǎo)致其形狀為橢圓時，對衍射光強(qiáng)的分布所引起的變化進(jìn)行了相應(yīng)的分析。
　　將仿真得到的結(jié)果應(yīng)用到自行搭建的點(diǎn)衍射干涉檢測實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，對球面面形進(jìn)行測量，可以得到具有合適的對比度和亮度的干涉條紋。并與業(yè)界公認(rèn)的Zygo干涉儀的測量結(jié)果進(jìn)行對比，兩者測量的波前均方根誤差(Root Mean Square，RMS)偏