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题名:
高精度面形检测关键技术研究
作者: 杨鹏
学位类别: 博士
答辩日期: 2011-05
授予单位: 中国科学院研究生院
授予地点: 北京
导师: 伍 凡 ; 侯 溪
关键词: 光学检测,干涉计量,球面检测,绝对检测
学位专业: 光 学 工 程
中文摘要: 随着光学技术的蓬勃发展,以高精度光学元件为核心的光学系统在天文、空
间光学、惯性约束聚变装置、深紫外和极紫外投影曝光系统等高技术领域有着越
来越广泛的应用,必然对先进光学制造提出了更高的要求。高精度光学元件的制
造需要相应的检测技术,通常高精度光学元件对不同空间频率的误差均提出了严
格的要求。对于中频和高频粗糙度误差的检测,现有的检测技术比较成熟,但低
频面形的高精度检测仍面临巨大的技术挑战;例如深紫外投影曝光系统中部分光
学元件面形检测精度要求达到纳米甚至亚纳米量级,极紫外光学元件甚至要求面
形检测精度优于0.1nm rms,因此对干涉仪的检测精度提出了很高的要求。本论文
研究工作的主要任务就是要有效解决高精度面形干涉检测的若干关键理论和技术
问题,论文的研究工作包括以下几个部分:
(1) 充分调研了高精度面形干涉检测的国内外研究现状,并对主要的高精度干涉仪
类型进行了总结。在此基础上对影响干涉检测重复性的相移误差、探测系统误
差、光源影响、量化误差与相干噪声等因素进行较为全面的讨论。提出高精度
球面面形检测实施方案;并对其中所涉及的关键问题和技术难点进行了分析。
(2) 振动作为影响干涉仪测量精度重复性的关键因素之一,在理论上对相移算法与
振动影响的关系进行了分析并利用Matlab 对不同相移算法受振动影响情况进
行了仿真,在理论上得出降低振动对干涉仪测量重复性影响的方法。在此基础
上利用加速度计对现有的检测环境进行检测,获取了检测地面与检测平台上的
振动频谱分布情况。
(3) 温度作为另一个影响干涉仪测量重复性的关键因素之一,在理论上分析了温度
对干涉腔的影响与待测面的影响。对检测前待测面需要的热稳定时间进行了理
论分析。在此基础上利用Anasys 建立了待测面模型并对热稳定时间进行了仿
真,仿真结果与理论分析结果一致。最后利用实验对镜面热稳定时间与干涉腔
长度受温度影响两方面进行了分析。
(4) 利用Zemax 光学设计软件建立了Fizeau 干涉仪模型,并通过基于离散余弦变换的解包裹程序对四步相移获得的包裹相位进行了解算。作为高精度干涉仪研
究的理论仿真模型,利用该模型对三位置球面绝对检测进行可行性进行了验
证。
(5) 球面绝对检测技术是高精度面形检测技术的最终实现手段,也是本文研究的核
心和关键问题。本文对比了具有代表性的球面三位置法、旋转平均法和随机球
法并对每种检测方法的优缺点。在此基础上考虑到具体检测时的实施情况,提
出了更易于实现的球面双共心平移绝对检测技术与(4N+1)位置检测技术。
(6) 高精度面形检测实验以一块口径为84mm、F 数为1.1 的球面元件为待测对象,
利用Zygo F0.75 标准镜头与Zygo Lamda F0.75 标准镜头分别对三位置球面绝
对检测技术与(4N+1)位置球面绝对检测技术进行验证。由于两种方法都需
要进行多次检测而且每次检测时待测面对的移动都需要被准确的控制,这大大
增加了准确获取实验结果的难度。因此详细分析两种技术对调整误差的抑制能
力。为减小实验的调整误差实验中在待测面上做上标记点,利用MetroPro 软
件的Mask 自动识别这些标记点的中心,并通过软件算出这些标记点理论旋转
确定角度后的位置。将标记点的实际旋转位置与理论位置进行匹配,以此减少
旋转过程中的调整误差。
(7) 测量结果误差分析是高精度面形检测技术的重要环节。本文对所做实验结果进
行误差分析,获得了较好优化分析结果。最后对获得较高测量精度时,(4N+1)
位置球面绝对检测技术需要旋转的最佳次数进行了分析。
语种: 中文
内容类型: 学位论文
URI标识: http://ir.ioe.ac.cn/handle/181551/587
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杨鹏. 高精度面形检测关键技术研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2011.
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