高精度光学元件面形干涉检测技术进展 ppt课件

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国内外球面绝对检测技术研究现状（一）
双球面法：1973年，A. E. Jensen首先提出了可实现球面绝对检测的三 位置双球面法； 1990年，Bruce E. Truax等报道了三位置法的理论公 式推导；后来，美国Zygo公司L. A. Selberg将上述三位置法扩展为五 位置法，即共焦位置0、90、180、270度和 “猫眼”位置。
2001年，德国Carl Zeiss公司在自制的斐索型干涉仪Direct 100上运用 该技术实现了球面的绝对检测，检测精度达到了0.15nm RMS和 0.07nm 的重复性。
2002年，Nikon公司则点衍射干涉仪上运用该绝对检测技术实现了 RMS 为0.3nm的高精度面形检测。
被测球面
随后，Ulf Griesmann等报道了一种随机球标定法的实施装置。美国亚 利桑那大学的Zhou Ping等对随机球标定法的随机误差、几何误差和 衍射误差进行了分析。
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国内外球面绝对检测技术研究现状（三）
1999年，日本Nikon公司的研究人员报道了基于平移旋转的球面绝对 检测技术原理与实验装置。
现代光学工程向”一大一小” 两个方向发展。
大 “大”:大口径 大相对口径 拼接 离轴非球面 轻质量 高精度 “小”:亚纳米级高精度面形 低中高频粗糙度 大型地基望远镜、空间望远镜、惯性约束聚变装置、深紫外 和极紫外投影曝光系统已经成为现代光学工程的典型代表。
~1nm rms
小
DUV光刻机
EUV光刻机 4
用不同的 扫描范围 以覆盖整 个高频段
偏心、厚度、曲率半径、表面疵病、次表面破坏检测
非球面补偿检测
制造与检测的集成模型及软件 8
核心关键技术：高精度面形检测技术
5-10nm <1nm <0.1nm rms
挑战极限
Taking Optical Precision to the Extreme, Mark Bigelow& Noreen Harned,2004,ASML OPTICS
仿真
检测技 术
制造技 术
系统集 成
高端光学系统研制需要高精度检测技术，而高精度检测 技术支撑光学系统精确仿真、确定性制造和系统集成。
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•纳米制造 •原子级确定性制造 • “自上而下”加工的极端
0.1m
1cm
1mm 0.1mm
10um
自上而下
毛细血管
1um
0.1um
10nm 1nm 0.1nm
பைடு நூலகம்
DNA大小 分子 原子大小
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国外面形干涉检测技术及仪器发展态势
激光技术、电子技术、计算机技术
相移干涉技术
相位精度将PV 1/10波长提高一个量级 分
辨
率
光学系统、电子系统 相干噪声抑制和成像系统优化改进
分辨率[亚毫米级]
重 复
仪器重复性[亚纳米级]
性
精
高性能干涉仪主机与隔震系统 温度控制系统和绝对测量系统进行集成
度
高重复性[亚纳米甚至几十pm]
高精度[亚纳米级]
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高端干涉仪系统[亚纳米级精度]
策略一：产生高精度的参考波前
点衍射干涉仪：亚纳米精度 ]
美国Livermore
日本Nikon
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策略二:绝对测量方法去除参考面误差影响
日本Nikon
德国Zeiss
美国Zygo
基本思路: 从多次相对测量中直接分离出被测元件面形 误差或者标定出参考面误差并予以去除。
1940 1960 1980 2000 2020
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制造与检测密不可分
“If you can measure it, you can make it.”
Kenneth Goldberg, Center for X-Ray Optics, Lawrence Berkeley National Laboratory, CA, USA.
该方法原理较简单，但对调整误差较为敏感，旋转角度误差将会影响 绝对检测精度。
三位置法双球面法原理示意图
Zygo五位置法绝对检测示意图
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国内外球面绝对检测技术研究现状（二）
随机球标定法：P. E. Parks等人1998年提出，对一个标定球在大量随 机位置进行相对检测，然后进行数据平均，标定球的误差随着检测次 数的增加趋于零，平均结果将主要反映参考面面形误差信息。
中国科学院光电技术研究所先进光学研制中心
高精度光学元件面形干涉检测技术进展
报告人：侯溪 光电技术研究所
先进光学研制中心
PPT课件
2013-9-5
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目录
1、概述 2、国内外高精度面形检测技术现状和发展趋势 3、高精度面形干涉检测技术进展 4、结束语
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一、概述
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大型望远镜
空间望远镜
ICF
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国内外球面绝对检测技术研究现状（五）
在国内，长春光机所、光电技术研究所、南京理工大学、北京理工大 学、浙江大学和哈尔滨工业大学等单位在平面、球面和柱面绝对检测 方法和干涉仪误差标定方法上进行了不少努力和探索，取得了重要进 展，主要集中在原理性研究和实验验证方面。
然而绝对检测方法精度受到检测环境、干涉仪性 能、数据变换、数据配准误差、数据处理等因素 的影响，要实现纳米级甚至亚纳米级高精度检测 需要综合考虑上述因素。
没有检测,就没有控制,更没有确定性加工
检测到多高加工到多高
光学制造精度受到相应检测精度的限制
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高精度光学元件制造与检测相辅相成
“自上而下”
用不同的放大 倍率以覆盖整 个中频波段
基础加工
精度提升 最终成形
Rms
1mm
0.1mm
10um
1um
0.1um
高
10nm
精
度
1nm
干
0.1nm
涉
仪
表面误差
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从本质上讲，纳米级甚至亚纳米级高精度面形检 测基于超高重复性的集光机电算为一体的干涉仪 ，通过减小参考波前误差，隔离、抑制、分离或 补偿校正系统和随机误差实现高精度测量。
•当前核心任务：
提升复位精度，实现制造和检测的有效闭环 提升绝对检测精度，实现设计与检测的有效闭环
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二、国内外高精度面形检测技术 现状和发展趋势
标准镜
被测球面
参考面
平移中心
光轴
旋转轴 X
平移旋转法原理示意图
Y Z
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国内外球面绝对检测技术研究现状（四）
2008年，R. Schreiner 等人提出了一种基于半屏的奇偶分解法，可以 标定出参考面面形误差。随后，澳大利亚Jan Burke等人提出了基于半 屏的双通道自标定方法，可以快速标定出参考面的偶误差。