[发明专利]基于虚拟牛顿环的大曲率半径非零位干涉测量方法及装置

说明书

本发明提出一种基于虚拟牛顿环的球面大曲率半径非零位测量方法及装置。该方法利用二阶极坐标变换将圆载频牛顿环干涉图转换为线载频干涉图，利用二阶极坐标下的线载频待测牛顿环干涉图和线载频标准牛顿环干涉图叠加形成的莫尔条纹，通过解调低通滤波后的低频莫尔条纹图，提取出待测球面与标准球面的波前差分数据，推导出了曲率半径的计算公式。基于ZEMAX软件的菲索型球面大曲率半径非零位检测系统的模型，利用有限迭代的方法校正了非零位检测中牛顿环干涉图采集时存在的回程误差。构建了菲索型球面大曲率半径非零位检测系统，完成了基于虚拟牛顿环的球面大曲率半径非零位测量技术的验证。

技术领域

本发明属于光学测量技术，特别是一种基于牛顿环的大曲率半径非零位干涉测量方法及装置。

背景技术

球面镜是光学系统中常见的一种光学元件，在各类光学系统中有重要的应用。例如，在下一代光刻投影物镜系统中(Extreme Ultra-violet,简称EUV)，采用13.5nm全反射式光刻物镜。该系统中包含6片离轴球面或非球面镜，球面反射镜的加工质量对整个系统的成像效果有着关键的影响。曲率半径(radius of curvature，ROC)是表征光学球面镜光学特性的重要参量。球面反射镜曲率半径对光学系统的成像质量有着很大的影响。球面反射镜的加工过程中，准确测得测量球面镜的曲率半径是光学车间检验的重要工作。

随着大型光学系统的发展，对于大曲率半径球面元件的曲率半径测量精度的要求也越来越高。2001年浙江大学的杨甬英等人在分析各种大曲率半径测量方法的基础上，提出了激光牛顿环法。该方法可测量的曲率半径测量范围为1～25m，相对误差优于0.3％。Foucault刀口阴影法是光学车间中测量大曲率半径球面元件的比较常见的方法。该方法的精度取决于测距系统的精度，可以达到0.05％，但该方法对环境要求比较苛刻。自准直显微镜法可以测量凸面和凹面球面光学元件，适合大口径光学元件的检测，但此方法测量精度受限于人眼的调焦误差和测长系统的定位误差，且测量范围受测长系统和显微镜工作距离限制。基于激光球面干涉仪的差动共焦法是球面光学元件曲率半径常见的方法之一。待测球面元件沿导轨方向移动，待测件在猫眼和共焦位置时产生零级干涉条纹。猫眼和共焦位置之间的距离即为待测球面的曲率半径，测量精度取决于猫眼位置和共焦位置之间的距离测量精度，受限于测试环境和导轨长度的限制，该方法的测量范围有限。2011年绵阳工程物理研究院的Hengyu Yi等人提出通过设计补偿器以减小干涉腔长。补偿器与待测镜构成一个变倍系统，通过调节补偿镜实现对不同曲率半径的测试，相对误差优于4.2×10^-4。针对传统共焦测量法的局限性，2014年美国国家标准技术研究所(NIST)的Quandou Wang等人提出采用双焦波带片取代标准球面镜的测试方法。该方法受限于双焦波带片设计以及加工精度，且测量成本较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于牛顿环的大曲率半径非零位干涉测量方法及装置，在保证实验精度的情况下，同时利用有限迭代的方法校正了球面大曲率半径非零位检测系统中的回程误差，大大削弱了了回程误差对大曲率半径测量的影响。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于虚拟牛顿环的球面大曲率半径非零位测量方法，球面镜曲率半径测量检测步骤为：

步骤1、采集待测球面的牛顿环干涉图T(x,y)。

步骤2、通过球面曲率半径非零位检测ZEMAX模型仿真标准球面曲率半径为R₀的回程误差W_retrace并代入标准牛顿环干涉图的仿真波面数据中，仿真得到标准牛顿环干涉图T₀(x,y)：

T₀(x,y)＝A₀(x,y)+B₀(x,y)cos[2πf₀(x²+y²)]