光栅横向剪切干涉仪系统误差详解与定量分析

本文主要探讨了光栅横向剪切干涉仪的系统误差分析，这是一项重要的研究论文，发表在中国激光第41卷第5期。光栅横向剪切干涉仪是一种用于高精度测量的光学仪器，它通过利用光的干涉原理来实现对微小长度、形状和表面粗糙度等参数的精确检测。文章首先概述了光栅干涉仪的基本结构和系统参数配置，强调了它的应用范围，尤其是在微纳尺度光学测量中的重要作用。 研究的重点放在了两个关键的系统误差上：几何光程误差和探测器倾斜误差。几何光程误差源于干涉仪内部光学元件的非理想对齐，它可能导致波前的不均匀分布，影响测量结果的准确性。探测器倾斜误差则是由于探测器不在理想的测量平面内，造成光信号的接收角度偏差，同样影响干涉图案的解析度。 为了量化这些误差，作者采用了Zernike多项式来分析波前重建前后系统误差的数学表达式。Zernike多项式是一种广泛应用于光学系统波动理论中的工具，它能有效地描述光波前的形状和失真。研究发现，几何光程彗差和像散是剪切干涉差分波前的主要误差源，它们在波前重建后转化为球差和彗差。探测器倾斜则会导致像散误差，即在探测器偏移时，接收的光强分布会发生变化。 随着被测数值孔径（NA）、衍射光会聚点间距λ和剪切率γ的变化，这些误差的影响呈现出不同的趋势。当λ较大或γ较小时，系统误差增加，而在小剪切率（γ≤0.05）的情况下，波前重建过程放大了系统误差，重建后的波前误差显著高于原始差分波前。特别是在小剪切且λ>2μm、γ>0.1的条件下，重建波前的误差均方根值可能远大于1nm，这对测量精度提出了更高的要求。 关键词包括测量、光栅横向剪切干涉、系统误差、Zernike多项式以及光刻投影物镜，表明了文章的核心内容和技术细节。文章还提供了详细的地址和联系信息，以便于读者追踪研究背景和作者。 这篇文章深入剖析了光栅横向剪切干涉仪的关键误差来源，并通过数学模型定量分析了这些误差随参数变化的影响，对于提高此类干涉仪的测量精度和优化设计具有重要的理论价值。