多轴镜组分光平行性与分光效率检测技术研究

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1、硕士学位论文多轴镜组分光平行性与分光效率检测技术研究RESEARCHONBEAM-SPLITTINGPARALLELISMANDEFFICIENCYDETECTIONFORMULTI-AXISINTERFEROMETER李淼淼哈尔滨工业大学2016年6月国内图书分类号：TH741.4学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工学硕士学位论文多轴镜组分光平行性与分光效率检测技术研究硕士研究生：李淼淼导师：王雷教授申请学位：工学硕士学科：仪器科学与技术所在单位：自动化测试与控制系答辩日期：2016年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIn

2、dex:TH741.4U.D.C:621.3DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONBEAM-SPLITTINGPARALLELISMANDEFFICIENCYDETECTIONFORMULTI-AXISINTERFEROMETERCandidate：MiaomiaoLiSupervisor：Prof.WangleiAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：InstrumentScienceandTechnologyAffili

3、ation：DepartmentofAutomaticTestingandControlDateofDefence：June,2016Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要近年来，激光干涉测量技术由于具有精度高、速度快和测量范围大等优势，在科学研究和工业生产之中广泛应用，尤其是具有多轴测量能力的激光干涉仪，是以光刻机为代表的微电子加工装备和高端超精密加工装备中核心系统。多轴激光干涉仪中集众多光学器件于一体的干涉镜组是其核心部件，通过对光学器件的集成，缩

4、小了系统体积并避免了装调过程，给应用带来方便，但干涉镜组定型后不易调节，装配定型过程中会引入的分光不平行及分光效率不理想，成为激光干涉仪重要的误差源，限制了激光干涉仪角度测量和长度测量精度的提高。本课题主要针对上述问题，对干涉镜组分光不平行及分光效率不理想的检测方法开展研究；在讨论了已有镜组分光平行性检测及分光效率检测方法的优缺点的基础上；研究了基于差动离焦检测的平行性检测方法，以及基于非饱和状态CCD检测光强的分光效率检测方法，建立相关测量模型，提出了可以兼顾平行性与分光效率的整体检测方案，最终搭建检测系统并完成了对镜组分光平行性及分光效率两个参数的检测。课

5、题的主要研究内容如下：（1）提出了一种针对多轴镜组分光平行性的检测方法，通过两个对称于准直物镜焦平面放置的CCD，检测镜组分光光束的空间位置以实现平行性的检测；基于非饱和状态CCD检测等效光强，实现镜组分光效率的检测，建立起了适用于单轴及多轴差分镜组的检测模型；并在平行性及分光效率检测模型的基础上设计出一套可兼顾检测两个参数的整体检测方案。（2）对CCD轴向位置误差、倾角误差、分光棱镜位置误差对平行性检测的影响规律进行了系统分析，得出引起平行性检测误差的各器件安装误差容限，在平行性检测相对误差小于2％时，CCD位置误差为(-0.01mm,0.01mm)，倾角误

6、差为(-10°,10°)；同时得出最佳的系统安装方案。（3）针对上述检测方案，完成了系统硬件及软件的设计，针对建立的检测模型及测量精度与测量范围需求，逐一进行了关键器件选型，并设计制作了分光棱镜、CCD装配的机械结构；使用LabVIEW设计了系统软件，包括控制、采集、数据处理功能，可实现了平行性及分光效率的多轴兼顾测量。（4）搭建了测量系统，对系统性能进行了实验；实验表明，搭建的系统可以完成镜组分光效率的检测，分光效率检测的重复性为0.4％；实验还表明，搭建的系统可以实现多轴光束的平行性同时测量，避免了分时测量的误差，采用自准直仪进行比较测试，分光平行性与传统

7、聚焦检测方法相比，平行性检测的稳定性由0.6″-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文提升至0.1″，分辨力达到0.2″，测量重复性为0.04″，上述指标满足高精度多轴镜组对平行性和分光效率的检测需求。关键字：多轴镜组；光束平行性；分光效率-II-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractInrecentyears,becauseofitshighprecision,fastandwidemeasuringrange,etc.advantage,laserinterferencemeasurementtechniquewidelyusedinscientifi

8、cresearchandindustr