[发明专利]一种计算全息基底刻蚀误差的在位标定方法

说明书

本发明公开了一种计算全息基底刻蚀误差在位标定方法。该方法可在计算全息检测非球面的光路条件下，保持计算全息光路位置不变，实现计算全息基底刻蚀误差的在位标定。具体光路结构为将待测的非球面替换成球面镜，并在计算全息与球面镜加入补偿器，对系统球差进行补偿。在计算全息进行刻蚀加工之前，将该平行平板基底放入光路中进行第一次检测；在计算全息基板完成全息刻蚀加工之后，再将计算全息放入光路中进行第二次检测，两次检测结果之差即为标定得到的计算全息基底刻蚀误差。该方法突破了现有在位标定技术中非球面的F数限制问题，且标定精度并不受限于补偿器的制作精度水平和待测球面的面形质量，无需对补偿器和待测球面面形误差进行标定。

技术领域

本发明属于光学测量技术领域，具体涉及的是一种计算全息在位标定方法。

背景技术

随着现代半导体工艺技术和光学技术的不断发展，计算全息(Computer-Generated-Hologram)由于其良好的通用性，其补偿检测技术在以非球面为代表的高精度面形检测领域得到了极为广泛的应用。由于非球面的面形检测精度要求在不断提高，而计算全息CGH基底误差是限制其精度的主要因素，为进一步提高非球面的面形检测精度水平，需要对CGH基底误差进行准确标定。

目前，对于CGH基底误差的标定主要有两种方式：一是在原光路下，将非球面替换成球面进行在位标定；二是在平行光路下进行标定。

在原光路下进行在位标定时，将非球面替换成球面。当CGH处于干涉腔中时进行第一次测量；然后取出CGH进行第二次测量。两次测量结果的差值即为基底误差和额外的球差。额外的球差是由于CGH基底处于发散光路时引起的。由于球差与检测光路非球面F数的4次方成反比，当F数较小时，会引入较大的球差，在位检测光路中会出现比较密集的干涉条纹乃至无法解析，从而引起较大的非共光路误差，极大降低标定精度。以折射率为1.5，厚度为6.35mm的基底为例，当F数为7时，球差约为0.6nm rms；但当F数变为3时，球差迅速增加至16.9nm rms。因此这种标定方法只适用于标定F数较大的系统，针对较为常用的较小F数的系统存在较大局限性。

为避免球差的影响，可在平行光路下对基底进行标定。当CGH处于干涉腔中时进行第一次测量；然后取出CGH进行第二次测量。两次测量结果的差值即为基底误差。由于平行光路条件与CGH非球面检测光路条件并不一致，这样标定得到的基底误差并不能直接从非球面面形检测结果中直接减去。两者之间存在明显的横向剪切，它们之间的对应关系要根据CGH的坐标与非球面的坐标之间的映射关系进行计算。由于坐标映射的复杂计算，两者之间进行数据相减时不可避免地会引入位置匹配误差，该误差还与CGH基底透射波前的斜率相关。当CGH基底透射波前斜率较大时，位置匹配误差会进一步增大，进而降低CGH标定精度。相比在原光路条件下进行在位标定，这是平行光路条件下标定方法的最大问题，在实际应用中存在较大局限性。

发明内容

本发明的目的是提供一种计算全息基底刻蚀误差的在位标定方法，对计算全息基底刻蚀误差进行在位标定。

本发明采用技术方案为：一种计算全息基底刻蚀误差的在位标定方法，具体实现步骤如下：

第一步，将刻蚀前的计算全息基底平行平板(3)放入计算全息标定光路中，测量结果W₁包括计算全息基底平行平板误差W_sub、补偿器误差和被测球面镜的误差W_sphere，即：

第二步，将刻蚀完成后的计算全息CGH(4)放入计算全息标定光路中，测量结果W₂包括计算全息误差W_cgh、补偿器误差和被测球面镜的误差W_sphere，即：

第三步，将以上两次测量结果相减，可得到计算全息的基底刻蚀误差，即：