點衍射干涉檢測系統(tǒng)光學結構參數(shù)優(yōu)化及誤差分析研究.pdf

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

2、涉圖樣的對比度與信噪比不理想，從而會影響系統(tǒng)的檢測結果。
　　較小的波前誤差、合適的衍射強度、均勻的衍射光強都有助于點衍射干涉系統(tǒng)測量精度的提高，然而在針孔點衍射干涉系統(tǒng)中，有幾個關鍵的光學結構參數(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結構參數(shù)，使得三者達到一個均衡匹配的狀態(tài)，從而使得點衍射干涉檢測系統(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衍射波前質(zhì)量仿真模型。并分別分析了針孔點衍射干涉系統(tǒng)中關鍵結構參數(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、衍射光強以及光強的均勻度的影響。并根據(jù)具體的檢測要求，優(yōu)化關鍵光學結構參數(shù)，得到不同檢測精度要求對應的結構參數(shù)匹配值。這些分析對點衍射干涉系統(tǒng)的結構參數(shù)選取具有一定的指導意義。

4、>　　分析了當會聚光斑與針孔中心之間分別存在平移、傾斜、離焦對準誤差時，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致其形狀為橢圓時，對衍射光強的分布所引起的變化進行了相應的分析。
　　將仿真得到的結果應用到自行搭建的點衍射干涉檢測實驗系統(tǒng)中，對球面面形進行測量，可以得到具有合適的對比度和亮度的干涉條紋。并與業(yè)界公認的Zygo干涉儀的測量結果進行對比，兩者測量的波前均方根誤差(Root Mean Square，RMS)偏