偏振式点衍射干涉仪研究+文献综述(5)
图1.6 光纤相移点衍射干涉仪工作原理图
上述单模光纤点衍射干涉仪多用于检测光学元件面形，而同理可运用于测试光学系统波前之中，这种具有两根光纤的干涉仪，称为双光纤点衍射干涉仪。2005年Canon公司的Livermore和Seiji Takeuchi实验室的Todd A. Decker 等人研制了双光纤相移点衍射干涉仪[12]，其中的偏振控制器用于提高干涉条纹对比度，并且通过增加数值孔径实现了测量范围的拓宽。双光纤点衍射干涉系统原理如图1.7所示。
图1.7 双光纤点衍射干涉仪结构图
随着光纤加工技术的不断提高，更多新颖光纤点衍射干涉仪相继问世，其易于调整耦合输出、抗干扰能力强、结构简单等特点使其越来越多的应用于对球面面形的检验，但是目前技术不能使光纤若产生数值孔径更高的波前，这种限制极大的影响了这类干涉仪的应用范围。
1.3.3 光栅点衍射干涉仪
传统点衍射干涉仪共光路的设计使测试光束和参考光是难以分开，因而无法引入移相装置来获得更高的测试精度。国内外学者在做了大量研究后将可以移相的光栅加入点衍射干涉仪中，1984年，Osuk Y. Kwon 提出了一种在正弦透射光栅上装配小孔产生三个同步相移干涉图的多通道点衍射干涉仪。随后，Kadono et al.等人在普通的光栅点衍射干涉系统中加入了一系列具有单个小孔结构的线性偏振器件，以实现点衍射干涉的相移。Kadono团队在之后的研究中在液晶变量减速器的电极上刻蚀出小孔，实现了通过改变外加电压进行相移的点衍射干涉系统。1996年，美国伯克利国家重点实验室开展了光栅式相移点衍射干涉仪的研发[13]，该装置利用光栅作为分光装置，PZT驱动光栅实现移相，可用于检测可见光到X-射线光波段的波前，且具有极高的测试精度。该实验室在之后几年中，继续致力于光栅点衍射干涉技术的研究，于1999年将点衍射干涉技术应用于紫外光刻机的投射光学系统部分，并分析出了干涉仪测量的两个主要误差：测量系统误差和参考波前随机误差。
在国外大量学者研究光栅移相技术的同时，国内也有一批研究人员进行着光栅点衍射干涉仪的研发和创新。2009年，中国科学院光电技术研究所的刑廷文、何国良等人研究了193nm移点衍射干涉仪[14]，其原理结构图如图1.8。
图1.8 中科院研制的光栅式相移点衍射干涉仪结构图
同年，北京理工大学光电成像技术与系统教育部重点实验室也进行了相移点衍射干涉仪的研发[15-16]。此干涉仪采用二元光栅衍射分束以解决参考光透射率较低的问题并实现了移相干涉测量。结构如图1.9所示：位于待测未经焦点的点衍射板使通过小孔的零级光衍射成为标准参考光；通过窗口透射的一级光携带了待测物镜波像差信息作为测试波。两束光发生干涉被CCD采集。在垂直方向移动光栅，产生一级光的周期相移，通过分析获取干涉图可获得待测物镜波像差。
图1.9 北理工研制的光栅式相移点衍射干涉仪结构图
1.3.4 偏振式点衍射干涉仪
传统的点衍射干涉仪是在点衍射板上镀膜并刻蚀针孔，使偏振态一致的小孔衍射光和透射光发生干涉。而偏振式点衍射干涉仪中，使用如偏振片之类特殊材料作为点衍射板的基底，出射的透射和衍射光束将具有不同的偏振方向，在点衍射板之后通过加一个偏振片，就能达到调整衍射光和透射光的光强比的效果，大大提高了干涉条纹的清晰程度。通过在传统点衍射干涉仪的基础上加入偏振技术，不但可以测量光学元件的面形，也能够进行光学系统的波前测试。
2004年，James E. Millerd和James C. Wyant提出了一种通过光偏振技术实现同步移相的偏振式点衍射干涉仪[17]。原理如图1.10所示。经过透镜聚焦的会聚光入射到点衍射板上，这种特殊的偏振点衍射板使出射的参考光和测试光偏振方向相互垂直，经过之后的透镜使偏振态正交的两束光变为平行光。光束通过光栅和四个不同方向波片组成的波片组实现移相，获得四幅干涉图样被探测器采集。这种移相干涉更适用于波前的实时测试技术。