光电工程师社区
标题: 4英寸菲索干涉仪标准镜头关键技术研究 [打印本页]
作者: slyz 时间: 2017-7-23 18:28
标题: 4英寸菲索干涉仪标准镜头关键技术研究
本帖最后由 slyz 于 2017-7-23 18:37 编辑
近期做了一些4英寸菲索干涉仪标准镜头关键技术研究，发个贴子，与大家讨论，也希望相关领域的大侠们多多批评指正。
作者: slyz 时间: 2017-7-23 18:29
研究过程包括下面四块。
1、 需求
2、 设计
3、 加工
4、 集成测试
跳过需求，直接进入到设计环节，给出zemax的设计结果。
作者: slyz 时间: 2017-7-23 18:32
跳过需求，直接进入到设计环节，给出zemax的设计结果。
(竟然不会传图片)
-
1.JPG
(648.81 KB, 下载次数: 153)
作者: slyz 时间: 2017-7-23 18:32
下面是公差表
作者: slyz 时间: 2017-7-23 18:33
元件基本参数 元件加工公差 装配公差
半径
（mm） 厚度
（mm） 材料 通光口径
（mm） 面形公差
PV（λ） 半径公差
（Fringe） 厚度公差
（mm） 元件楔形
TIR（mm） 间隔公差
（mm） 偏心
（mm） 倾斜
（度）
0 光阑 5 102.4 -
1 228.6 13.268 BK7 102.6 1/3 ±1 ±0.03 0.02 ±0.065 ±0.04
2 -188.41 8.966 101 1/3 ±1 补偿±0.2
3 295.1 14.882 BK7 101 1/3 ±1 ±0.04 0.02 ±0.065 ±0.05
4 -1000 20.394 100 1/3 ±1 ±0.02
5 168.66 17.716 熔石英 96 1/3 ±1 ±0.03 0.02 ±0.065 ±0.04
6 297.23 - 91 1/30 ±0.005mm
作者: slyz 时间: 2017-7-23 18:34
设计完成后，进入制造环节。
质量控制繁琐但却必要，一些过程中的结果，就不上图了。
经过与制造、集成一番讨价还价，镜头终于装上了。
参考面的测试结果
作者: slyz 时间: 2017-7-23 18:35
设计完成后，进入制造环节。
质量控制繁琐但却必要，一些过程中的结果，就不上图了。
经过与制造、集成一番讨价还价，镜头终于装上了。
参考面的测试结果
-
2.JPG
(401.9 KB, 下载次数: 154)
作者: slyz 时间: 2017-7-23 18:35
开了低通滤波，面形达到PV0.046波长，RMS0.006波长。
结果达到了1/20 的标准。波前的结果以后在补上吧。
要是努努力，也可以做到1/40的。下图是一个口径160mm的球面加工结果，PV0.006波长。1/200波长，只是镜片的加工结果，集成出来的标准镜头可以达到1/40标准吧。
作者: slyz 时间: 2017-7-23 18:36
1
-
3.JPG
(411.69 KB, 下载次数: 153)
作者: update 时间: 2017-7-24 09:13
作者: ds1234567 时间: 2017-7-24 22:51
做的挺好，原厂说1/10，基本达到1/14，你这干到1/21，真的挺好。好像装配还有一点应力，那三个红点。
f与c误差没给。
祝6寸装配成功。
作者: slyz 时间: 2017-7-25 19:59
谢谢各位，
请问 ds1234567 f与c误差 指的是什么啊？
作者: slyz 时间: 2017-7-25 20:00
下次，把参考面的加工结果补上
作者: ds1234567 时间: 2017-7-25 22:03
本帖最后由 ds1234567 于 2022-8-19 10:29 编辑
系统最后半径的面形精度很高，因为经此面返回的是参考光束，镜头出射光束是测试光束，测试光路的焦点f必须与参考光路的球心c重合，高志山先生计算△fc=4pv*F^2。比如F=3，pv=1/10λ，λ=0.0006328，则△fc=0.00228mm。我测量了ZYGO的3个镜头，其偏差小于1.5λ，可是高先生认为小于0.0103mm就行。
作者: slyz 时间: 2017-7-26 20:36
本帖最后由 slyz 于 2017-7-26 20:38 编辑
谢谢
我测量了ZYGO的3个镜头，其偏差小于1.5λ，
是测量透射波前么？
作者: slyz 时间: 2017-7-26 20:37
参考面加工的结果
-
F3.3D102参考面加工结果.jpg
(454.03 KB, 下载次数: 137)
作者: ds1234567 时间: 2017-7-26 23:18
我是按高老师的该文布置测量的。
实 验
图 6 显示了使用干涉方法测量 W P-V 的光路原理 。图中由干涉仪 Ⅰ发出平面波 ,透过标准平板 Ⅱ,入射被检标准球波面透镜组 Ⅲ, 入射波面经 Ⅲ的末球面反射,返回的测试波面与透射平板 Ⅱ后表面反射的标准平面波相干涉 ,干涉图由干涉仪Ⅰ中的图像采集系统接收 。如果 Ⅲ的 F′, C 重合, 则入射波面经其末球面反射 ,按原路返回 ,出射波面仍为平面波 ;反之出射波面为半径很大的球面波。
我分析干涉仪的平面波和平板的精度都很高，那么由最后R面反射回仪器应当是严格的平面波，因为他是参考波面。只有f与c重合，仪器的两路光束才都是平面波。假如不用那个平板，在出射光焦点处放一个平面也会看到上述现象，不过在焦前和焦后调整时，本来二者不重合，但也可以调成一片干涉色，焦点位置不好找。
作者: ds1234567 时间: 2017-7-27 08:36
请问，
参考面加工结果与测试结果，是来自两个部门么？
五楼公差表格乱，最后表面1/30是TFRN，还是TIRR？
作者: slyz 时间: 2017-7-27 15:41
本帖最后由 slyz 于 2017-7-27 15:45 编辑
数据都是我测量的
1/30是面形，算是TIRR吧
公差表重新上传一个图片
-
gongchabiao.jpg
(176.28 KB, 下载次数: 109)
作者: slyz 时间: 2017-7-27 15:44
我们就是用该方法来测量镜头的波前
但我一直不知道，如何来定义（不是评价）一个镜头的好坏。
波前到底多少，能满足什么样的需求？
曾经咨询过zygo中国的工程师，但没有结果
作者: ds1234567 时间: 2017-7-27 20:27
谢谢您的解答。
仪器水平代表工业能力，这种镜头第一关是玻璃的光学均匀性，第二关是加工工艺，第三关是装配工艺，这里面牵扯一些仪器、工具和规程，投入很大才能完善。
目前标准镜头规格在3个档次，Pv值=1λ/10；1λ/15；1λ/20
我记得有网友说，目前干涉仪可以读1λ/1000，重复精度1λ/400；还有紫外光刻机镜头绝对是个挑战，有钱没货。
作者: ds1234567 时间: 2017-7-28 20:34
你5楼和19楼都把188.41写成-188.41，我带进软件看到负值是笔误。可是Pv=0.18λ，星点也大于衍射圆，我看不到哪错了。请你看看，
作者: ds1234567 时间: 2017-7-29 08:01
也许问题出在肖特BK7玻璃上，此玻璃是肖特老旧的库里的。
作者: slyz 时间: 2017-8-5 16:14
ZYGO已经开始提供1/40的标准镜头。加上系统误差，面形检测精度可达到ＲＭＳ５ｎｍ以下
作者: slyz 时间: 2017-8-5 16:16
本帖最后由 slyz 于 2017-8-5 16:21 编辑
抱歉，最近出去旅游了，才回来。
我手边没有装ｚｅｍａｘ的电脑
但我猜想，可能是我设计的时候，工作条件设定是２２度恒温。
设计中加入了温度那个选项。
你可以看一下，是不是那项没设置
正负号问题，是因为我的表格不是按ｚｅｍａｘ出的，是按照光学设计正负号规则出的，所以有些半径是反的。
作者: ds1234567 时间: 2017-8-9 20:35
嘿嘿，是那项设置，立马一致了，谢谢。
多重要的条件，我在国标 光学零件面型偏差里没找到，后来查光学元件技术要求与检验国际新标准，查到22度+-2度
作者: slyz 时间: 2017-10-8 17:07
目前的波前；由于间隔未能控制好，正好落在公差边上了，刚刚满足一个波长
-
当前波前.JPG
(275.73 KB, 下载次数: 145)
作者: slyz 时间: 2017-10-8 17:08
正常的波前
-
当前波前-去power.JPG
(279.24 KB, 下载次数: 146)
作者: update 时间: 2017-10-25 10:15
作者: update 时间: 2017-10-27 09:45
作者: ds1234567 时间: 2017-12-1 22:58
调不好就修修。有一次外协产品要求1/20怎么做也不好，微晶的，厂家很着急。我测量时用蜡笔画上高的部位，他拿来抛光毛毡蘸红粉轻擦几十下，把高点修平了。
作者: slyz 时间: 2018-4-15 20:29
国内目前能做到1/20的厂家不多啊。要能测到这个精度，需要购买1/40的标准镜头
作者: slyz 时间: 2018-7-13 20:46
现在比较困惑的是，如何评价镜头设计是否合理；它的系统误差如何评价
作者: slyz 时间: 2018-7-13 20:48
虽然说，镜头的波前指标没有明确的说法，但市面上的产品，半个波长的也有，几个波长的也有，似乎都不影响大家使用
作者: slyz 时间: 2018-10-24 20:56
最近分析了，标准镜头产生的系统误差。
通常，若标准镜头其透射波前为一个波长左右，其产生系统误差大概 rms0.4nm左右。 zygo的4-6英寸镜头波前通常都在这个水平，但其小F数镜头，波前会差一些。
若 其透射波前 为16个波长，其产生系统误差 约 rms 4nm。（我们做了一个特殊的镜头
）
这样就可以根据 用户的需求，设计 干涉仪 与标准镜头了。
其实，对于普通的光学加工，这种精度也基本够用了。
作者: ds1234567 时间: 2018-11-20 08:07
研究终于出了成果，透射波前为16个波长，对系统产生均方根误差为4nm。祝贺你。
你能展开论证一下么？热烈的等待着。
作者: ds1234567 时间: 2018-11-29 22:01
左等不来，右等也不来，没事，我等你。
作者: ds1234567 时间: 2018-12-1 08:29
假如透射波前那么不敏感，你设计的系统RMS就应当很高你，PV值也会很高。我发现你的系统有致命错误。
作者: ds1234567 时间: 2018-12-16 11:00
说错误有些不当，应当是不足。不足之处就是BK7热膨胀系数过高，导致上面20到22度温度变化，对系统影响很大。石英玻璃热膨胀系数5.4×10E-7，BK7是71×10E-7。zygo干涉仪GPI-XP的“操作环境：温度：15° to 30℃”。
作者: slyz 时间: 2018-12-21 19:38
作者: slyz 时间: 2018-12-21 19:40
BK7 是目前能买到的大口径（6英寸，或更大），均匀性还很好的光学材料，所以做大个的标准镜，可以选择用它。
作者: slyz 时间: 2018-12-21 19:43
本帖最后由 slyz 于 2018-12-21 19:50 编辑
但它膨胀引起的波前变化，是不大的。用在4英寸镜头里，可以忽略其影响。 不过15-30 范围是好宽啊，我们一般只考虑了20-23的范围.
美国和日本一些公司，做的镜头，其波前也不是很好，有的达到了2-3波长，但对于普通的检测精度，基本都够用。
作者: slyz 时间: 2018-12-21 19:48
本帖最后由 slyz 于 2018-12-21 20:23 编辑
总的来说，
波前PV优于一个波长 ，畸变优于0.2%，再把慧差，像散，球差控制一下。
镜头自身的系统误差，小于0.1nm rms，普通检测就够用了。
由于回程误差太小了，所以目前我感觉是，理论上好像（也许，可能）无法等到定量解，只能通过设计，才能计算出它的回程误差。
比如我设计了2个相同参数的镜头，口径，F数，参考面。
但畸变不同
将它们的波前，调到接近。此时，测量同一个元件，系统误差是不一样的！
最近就研究到这了
作者: slyz 时间: 2018-12-21 20:01
特定的测量条件下，慧差、像散也可以放宽。
作者: ds1234567 时间: 2018-12-26 21:28
谢谢你的解答，有些问题我需要慢慢理解。我曾记得系统有一块精度λ/50，凹面微晶标准镜，是用于测量出射光的精度，可我没有说明书，不知道有没有这块玻璃。
作者: slyz 时间: 2018-12-28 20:34
本帖最后由 slyz 于 2019-2-1 20:49 编辑
这个 是标准面；包括凹面，凸面，平面。其面形精度为PV 1/20到1/100。跟其半径，口径等指标相关。
我们曾做过6英寸，PV 1/100的标准平面。
作者: ds1234567 时间: 2022-3-20 19:19
pv=1/100，这个难度很大，能做很不容易。是3面法检验吗？
| 欢迎光临 光电工程师社区 (http://bbs.oecr.com/) |
Powered by Discuz! X3.2 |
