[发明专利]用于扩束准直系统波面像差检测的装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于光学检测技术领域，具体涉及一种用于扩束准直系统波面像差检测的装置及方法。

背景技术

激光器发出的光束虽然具有很好的方向性，但是仍然存在一定的发散角。现有通常采用扩束准直系统来改善其方向性，即将扩束准直系统设置于激光前进的光路上，利用其压缩激光器发出光束的发散角且扩大光束尺寸，此过程就称为激光光束的扩束准直。激光光束的扩束准直在光学精密测量方面及光学成像方面均具有广泛地应用。在光学成像方面，激光扩束准直是激光直写光刻技术中的重要技术，激光光束经过扩束准直系统后光波的像质将直接影响到激光直写的效果,即直接影响激光直写光刻的成像性能，为此，必须对扩束准直系统的波面像差进行检测、校正及控制，从而保证激光直写光刻的高质量的曝光成像。

目前，在光学检测技术领域中，主要采用对背景环境和噪声不敏感的横向剪切干涉技术实现对扩束准直系统波面像差的检测。本发明人于2011年6月24日申请的专利授权号为：ZL201110174342.1的《一种扩束准直系统波面像差检测装置及方法》专利，其具有如下有益效果：在一维位相光栅的相邻透光部分设置不同的刻蚀深度使透过相邻透光部分的光波存在180°相位差；同时，两相邻透光部分之间的非透光部分的宽度为p/6，透光部分的宽度为p/3，p为一维位相光栅的周期，使得一维位相光栅对扩束准直系统出射的光波进行横向剪切后，不仅消除0级及偶数级衍射光，而且还消除±3级及±3的倍级衍射光对检测的影响，所形成的干涉波光的能量主要集中在±1级衍射光波中从而提高了检测精度。其次，本发明利用调节单元调节一维位相光栅A和一维位相光栅B的间距，对于检测波面像差较小的扩束准直系统时，增大上述间距，以实现高检测灵敏度；对于检测波面像差较大的扩束准直系统时，减小上述间距，以实现较大的动态检测范围。因此本检测装置使用灵活，可适应于不同的扩束准直系统。再次，相对于现有的扩束准直系统的波面像差检测技术，本检测装置采用一维位相光栅作为剪切单元对光波进行剪切，并利用相移技术分别在x方向剪切干涉图和y方向剪切干涉图计算获取波面像差，精度高、结构简单且成本低。

但是，由于在该装置中，需要对x，y两个方向的剪切波面信息分别测量以获得完整的扩束准直系统波面像差，即在完成x方向剪切波面信息测量后，需要分别对一维位相光栅A和一维位相光栅B进行90度旋转操作以进行y方向剪切波面信息测量，此时，需要重新调节一维位相光栅A和一维位相光栅B以保证前述两个光栅的线条方向平行，从而影响了检测的速度。另外，由于一维位相光栅A和一维位相光栅B的间距决定了本发明装置的剪切比，剪切比在一定程度上决定了波面检测精度。在90度旋转操作前后，由于旋转调节装置的轴向跳动误差，使得一维位相光栅A和一维位相光栅B之间的间距会发生变化，即x，y两个方向的剪切波面信息测量是在不同剪切比下完成的，一定程度上影响了检测的精度。由于前述两点不足，还需要进一步提高该装置波面检测的速度和检测精度高。

发明内容

本发明的目的是提出一种用于扩束准直系统波面像差检测装置及方法，采用本发明可以同时实现x，y方向的剪切波面信息测量，从而提高了检测速度和检测精度。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种用于扩束准直系统波面像差检测装置，包括剪切单元、调节单元、成像单元，光电探测单元、存储单元以及信号处理单元；其中，剪切单元、成像单元与光电探测单元依次设置于扩束准直系统出射光束的光路上，剪切单元位于扩束准直系统与成像单元之间；首先设定扩束准直系统出射光束的传播方向为z轴，并以z轴建立左手坐标系，则水平方向为x轴，竖直方向y轴。

所述剪切单元沿光路方向依次包括一维位相光栅A、一维位相光栅B、位相光栅C和位相光栅D；所述剪切单元中四个光栅的光栅平面相互平行且与所述出射光束的光路垂直；

其中，一维位相光栅A和一维位相光栅B的结构相同，其上设有与x方向相互平行的光栅条纹组，所述光栅条纹组上光栅条纹的布设方式为：相邻透光部分设置不同的刻蚀深度，使透过相邻透光部分的光波存在180°相位差；同时，两相邻透光部分之间的非透光部分的宽度为p/6，透光部分的宽度为p/3，p为一维位相光栅的周期，设定p≥16β，β为光电探测单元的像元尺寸；

其中，位相光栅C和位相光栅D的结构相同，其上设有两光栅条纹组，其中一光栅条纹组与x方向相互平行，另一光栅条纹组与y方向相互平行，且两光栅条纹组互不相交；所述两光栅条纹组的光栅条纹的布设方式与一维位相光栅的光栅条纹相同；