精磨光学元件面形的干涉检测技术研究

为解决传统接触式检测方法检测精磨光学元件效率低,精度差的问题,提出了一种采用干涉检测技术对精磨光学元件面形进行测量方法,该方法具有非接触,测量效率高,误差小的特点。干涉检测中干涉条纹的对比度与工作波长成正比,与表面粗糙度成反比,干涉条纹对比度直接影响最终的检测结果。因此首先分析干涉条纹对比度与精磨表面粗糙度之间的关系,证明采用可见光干涉仪对精磨粗糙表面进行检测的可行性,并对利用GPI型数字干涉仪检测精磨粗糙表面进行了实验验证,检测面形结果约为PV 1.5μm,并与红外干涉仪以及接触式轮廓仪测量结果进行了对比,验证结果有效性。最后给出了当粗糙度阈值Rq优于150 nm时,可采用该方法进行检测,具有较高的实用价值。     

基于指数法评估激光量热仪吸收测量不确定度

为了掌握熔石英样品在紫外波段的吸收特性,研究了精确评估激光量热仪测量不确定度的方法。介绍了激光量热仪的吸收测量原理,选用指数法对吸收测量数据进行了拟合;通过分析各吸收率测量结果的影响分量,建立了测量不确定度评估模型;对各输入量的估计值以及估计值的标准不确定度逐一进行计算,并对影响吸收率测量结果的拟合计算参数A、γ进行了修正。考虑背景温度漂移对被测样品温度测量的影响,利用Matlab编程分析了线性、非线性温度漂移对吸收计算结果的影响,获得其相对标准不确定度及相对扩展不确定度分别为2.6%和5.2%。最后,更换熔石英基底并进行多次吸收测量,计算了吸收率10次测量结果平均值的相对标准不确定度为2.3%,相对扩展不确定度为4.6%,与评估结果基本相同。     

“日盲”紫外ICCD的信噪比

分析了“日盲”紫外增强型电荷耦合装置（SBUV-ICCD）噪声的来源及特点。SBUV-ICCD工作时增益高,单光电子的响应会扩散到CCD邻近像素中去,将SBUV-ICCD作为线性时不变系统,引入单光电子冲激响应到SBUV-ICCD信噪比计算中,利用傅立叶变换原理推导出其信噪比模型。模型中采用二维高斯函数拟合SBUV-ICCD单光电子冲激响应的方法,较传统间接分析的方法[3]更为简单,适用。分析了增益对SBUV-ICCD信噪比的影响,通过实验测量了在特定波长不同的辐照度条件下的信噪比,验证了该模型。     

基于有限元及神经网络的磨削温度仿真预测

为了控制由于磨削温度过高引起的工件表面热损伤,对磨削温度场的分布进行了仿真和预测研究。首先,采用有限元法对磨削温度场的分布状况进行了仿真研究,并通过实验验证了仿真结果的准确性;随后,以仿真结果作为训练样本采用BP神经网络对不同条件下的磨削温度进行了预测,通过与仿真结果的比较验证了BP神经网络预测模型的准确性。结果表明：采用有限元和神经网络相结合的方法对磨削温度进行仿真预测具有较高的准确性,为实际应用中磨削参数的选取提供了理论依据。     

光镊系统中QD器件标定与非线性修正技术研究

分析了四象限探测仪器件的工作原理及非线性成因,并结合光镊系统的特点,提出了神经网络的BP算法对四象限探测仪进行非线性修正,从而使非线性区也得以利用,在不增加成本、不改变测量设备复杂度的情况下,扩大了光镊系统测量范围,提高了测量精度。研究表明,该方法还可用于其它类似系统的非线性校正。     

激光量热法测量深紫外氟化物薄膜吸收

为了获得薄膜材料吸收率与深紫外激光照射能量密度间的对应关系,掌握薄膜材料深紫外吸收特性,应制定相应的吸收测量规范。介绍了激光量热法的原理及测试流程,分析了测试过程中的剂量效应、非线性吸收和不可恢复吸收等现象,提出了利用激光量热法测量应用于波长193nm紫外光刻系统的氟化物薄膜材料吸收率的方法,并进行了实际测量。根据所建立的测量方法,获得熔石英基底材料在193nm紫外光照射下的剂量效应及出现不可恢复吸收现象时相应的激光能量密度,进而测量出基底材料吸收率与激光能量密度之间的关系;通过热蒸发对基底镀氟化镁及氟化镧单层膜,测量镀膜后样品的吸收率与激光能量密度的关系,通过与镀膜前吸收率的对比,计算了两种薄膜材料吸收率与激光能量密度的关系,推算出薄膜材料在实际工作状态时的吸收率,并得到不同沉积温度下氟化镧薄膜材料吸收率、粗糙度与波纹度。实验结果证实了新提出测量方法的可行性,测量结果为改善系统成像质量以及延长元件使用寿命提供支持。     

双球面法标定立式参考球面的精度分析

采用双球面法对立式Fizeau干涉仪的参考球面进行标定以确定由重力、安装夹持力等导致的面形形变量,提高立式光学系统中光学元件的面形检测精度.首先,推导了双球面法标定算法;进而,理论分析和模拟计算了影响检测精度的环境、重力、安装夹持力等因素;最后,利用双球面法对立式Fizeau干涉仪的参考球面进行标定,并利用误差合成理论分析实验结果.实验结果显示,利用双球面法标定F/1.5的立式Fizeau干涉仪参考面的精度为2.3 nm.其中,算法本身以及实验操作引起的测量重复性不大于0.7 nm,包含环境误差时的重复性低于1.2 nm;重力导致的面形形变约为0.9 nm,标准镜安装导致的面形形变约为1.7 nm.结果论证了双球面法具有很高的标定精度;环境对检测精度的影响与干涉腔长度有关,长度增加时影响很明显;立式工作时,重力、安装等因素导致的标准镜参考球面的面形形变很大,在高精度使用前必须进行标定.     

光镊中油浸物镜数值孔径利用率的研究

本文利用光线光学模型,对使用高数值孔径的油浸物镜时,由于折射率的不匹配引起球差,导致光阱捕获力下降的物理原因进行了分析,引进了数值孔径利用率这一参数,并给出了具体计算公式。进而在不同条件下进行了数值计算,给出了数值孔径的利用率与光阱纵向刚度系数的依赖关系。     

三坐标检测光学元件曲率半径的误差分析

对光学元件曲率半径的通用检测方法进行评估,理论分析了三坐标系统检测元件曲率半径误差的主要来源、分布以及总和,并通过与激光干涉仪测量结果的对比,明确了三坐标测量系统的检测精度,为铣磨加工阶段进一步修正光学元件曲率半径提供数据支持。首先介绍了三坐标系统检测曲率半径的基本原理,对测量误差的主要来源进行简单分析,获得三坐标系统测量曲率半径的不确定度;阐述了激光干涉仪测量曲率半径的基本原理以及误差来源,并计算了测量不确定度,证实激光干涉仪的理论测量精度优于三坐标系统。然后利用三坐标系统对简单抛光后的F数分别为2.17、1.45、0.923的光学元件进行实际测量,并与激光干涉仪的测量结果进行了比较。最后,对实验结果与理论计算结果进行对比。论文研究结果确定了三坐标系统测量光学元件曲率半径的不确定度,证实了利用三坐标测量曲率半径满足铣磨加工阶段的要求,能够为铣磨加工提供指导;同时研究发现,随着光学元件F数的增加,三坐标和激光干涉仪的测量误差都有增大的趋势。