一文讀懂光學元件面型檢測報告
來源:聯合光科技(北京)有限公司
2025年04月07日 14:54
一文讀懂光學元件面型檢測報告,現代光學工程向一大一小兩個方向發展,“大”是指大口徑拼接技術,離軸非球面技術,往往應用于大型望遠鏡、空間望遠鏡、慣性制約聚變(ICF)裝置。“小”是指亞納米級高精度面型,低中高頻粗糙度,多應用于DUV、EUV光刻設備。光學系統的研制需要高精度檢測技術,高精度的檢測技術支撐著光學系統的確定性制造和集成,以及光學系統仿真技術。目前行業的準則就是沒有檢測就沒有控制,更沒有確定性加工。我們日常接觸的光學元件性能參數中的面型規格有λ/4或者λ/10,這個參數是如何測定并且指代哪些具體的物理指標,今天通過本文中的一份面型檢測報告來解讀。
目前行業內的面型檢測干涉儀產品,主要是Nikon,Zeiss,和Zygo三個品牌。干涉儀的工作原理都是利用準直光線照射標準參考面(平面,球面,非球面)和被測面(平面,球面,非球面)利用兩束反射光的干涉成像進行檢測,具體細節不再贅述。本文以Zygo的激光干涉儀為例說明面型檢測報告中的核心干貨。啟動干涉儀的 MetroPro軟件,設置好測試程序(如顯示剖面線,3D模型,PSD,澤尼克系數等)后就可以啟動檢測,檢測報告頁面包含的信息有以下幾個方面。1. PV數據
PV值代表被檢測表面上的最高點和低點之間的高度差。RMS為檢測區域內N個數據點的平方和除以N以后的開方值,稱為均方根。此元件被測面的PV值為62.32nm,rms值為8.295nm。2. 3D模型
MetroPro軟件可以利用被測面的采樣數據點轉坐標,生成3D模型,直觀的表現出面型的凹凸特性。紅色為高點,藍色為低點。3. PVr數據
由于干涉儀中使用的探測器的空間分辨率不同,噪聲、鬼像條紋和亮點都會對它產生影響,僅用相機上的兩個點(峰谷)來表達測量結果可能不是很精確。PVr是一個新提出的穩健振幅參數,它的計算方法是36階Zernike擬合的PV值+ 3倍殘差的均方根值。此元件按照PVr參數計算的數值為45.98+3*2.97=54.9nm。4. XY軸剖面曲線圖
在第一部分的PV數據圖中,被檢測面的X和Y坐標軸的剖面數值曲線顯示在此圖中,綠色線表示X軸,藍色線表示Y軸。5. 干涉條紋圖
這個干涉條紋就是被測面和基準面的干涉條紋圖像,理想的干涉條紋應該是等間距且平行,條紋的偏轉情況代表著被測面與基準面的凹凸關系。除了小型標準光學元件(直徑<100mm)的入庫質檢,在大型光學元件的制造過程中,干涉儀還起到過程監控的作用,由于大型光學元件材料比較昂貴,每道加工工序都要求嚴格控制。大型光學元件加工過程為粗磨、精磨和拋光這三道工序,粗磨和精磨工序需用三坐標進行外形尺寸測量,拋光工序主要用干涉儀監測工作面面型。 聯合光科銷售的現貨標準光學元件在入庫前,都會使用干涉儀檢查元件工作面是否符合面型規格要求,普通光學元件工作面面型精度不低于λ/4,高精度產品的工作面面型精度不低于λ/10,我們確保我們的現貨標準光學產品符合標稱面型指標。
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