激光差动共焦干涉元件参数测量方法与技术研究

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1、中图分类号：TH741.1UDC分类号：681.7激光差动共焦干涉元件参数测量方法与技术研究作者姓名杨佳苗学院名称光电学院指导教师赵维谦教授答辩委员会主席冯其波教授申请学位级别工学博士学科专业仪器科学与技术学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年6月6日激光差动共焦干涉元件参数测量方法与技术研究杨佳苗2015年6月LaserdifferentialconfocalandinterferencemeasurementmethodandtechnologyforelementparametersCandidateName:JiamiaoYangSchoolorDepartment

2、:SchoolofOptoeletronicsFacultyMentor:Prof.WeiqianZhaoChair,ThesisCommittee:Prof.QiboFengDegreeApplied:DoctorofPhilosophyMajor:InstrumentScience&TechnologyDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence:6June,2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包

3、含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学博士学位论文摘要球面元件由于其优异的加工性能，在激光核聚变系统、极紫外光刻机、新一代球形惯性仪表等高端系统中仍被广泛应用。但球面元件的检测精度已成为提高球面元件加工精度与质量的技术瓶颈。因此，研究如何改善球面元件测量精度的方法与技术对于提高球面元件制造精度以及激光核聚变系统、极紫外光刻机、新一代球形惯性仪表等高端系统的整体性能具有极其重要的研究价值。本论文在

4、国家重大科学仪器设备开发专项“激光差动共焦扫描成像与检测仪器开发及其应用研究”（编号：2011YQ040136）和国家自然科学基金仪器专款项目“激光差动共焦干涉元件多参数综合测量仪器研制”（编号：61327010）的资助下，开展了针对球面元件参数高精度测量的激光差动共焦干涉元件参数综合测量方法与技术研究，论文主要完成的创新性工作如下：建立了激光差动共焦干涉测量系统的点扩展函数和传递函数理论分析模型，分析了激光差动共焦测量与干涉测量光路的耦合影响因素、像差影响因素、定焦灵敏度影响因素等，为激光差动共焦干涉测量光路及系统的设计与构建提供了理论指导；提出了基于激光差动共焦定焦的差动共焦透

5、镜焦距测量方法，其利用差动共焦定焦原理配合辅助标准平面反射镜实现了对透镜焦点和顶点的精确定位，再采用测长激光干涉仪精确测得焦点和顶点之间的距离，从而实现了透镜焦距的高精度测量，焦距测量相对扩展不确定度达10ppm；提出了一种利用移相干涉面形和波前畸变测量来补偿矫正差动共焦曲率半径和透镜焦距测量结果的方法，该方法利用建立的差动共焦曲率半径和透镜焦距测量传递函数模型，补偿了由测量系统波像差、标准镜波像差和被测件表面面形或波前畸变引入的测量误差，达到亚微米量级的补偿精度；参与研制成功了首台激光差动共焦干涉元件多参数综合测量系统，基于该系统开展了球面面形、球面曲率半径、透镜波前畸变和透镜焦

6、距的测量研究，验证了移相干涉测量系统与差动共焦测量系统兼容的可行性，系统曲率半径和透镜焦距测量相对扩展不确定度均可达到10ppm。关键词：差动共焦；移相干涉；面形；曲率半径；波前畸变；焦距；不确定度评定I北京理工大学博士学位论文AbstractSphericalcomponentsarewidelyusedinmanyhigh-techsystems,suchasinertialconfinementfusionsystem,extremeultravioletlithographysystem,fortheirexcellentprocessingperformance.Howe

7、ver,themeasurementaccuracyofsphericalcomponentshasbecomethetechnicalbottlenecktoimprovetheirprocessingaccuracyandquality.Sotheresearchofhigh-accuracycomponentparametersmeasurementtechnologiesandinstrumentsisofgreatsignificance.Supported