I. Kiểm tra bề mặt phẳng và hình cầu: Nền tảng của quang học chính xác
Kiểm tra bề mặt phẳng và hình cầu là "lực ổn định" của hệ thống quang học, với yêu cầu cốt lõi là độ chính xác tuyệt đối và khả năng chống nhiễu.
1. Kiểm tra mặt sóng trực tiếp (Giao thoa kế)
● Giao thoa kế Fizeau:
○ Nguyên tắc: Giao thoa đường truyền chung, gương tiêu chuẩn và gương được thử nghiệm có chung đường quang.
○ Ưu điểm: Độ chính xác cực cao. Do sự chồng chéo cao giữa các đường ánh sáng tham chiếu và đo lường, quang sai dư trong hệ thống có thể bị loại bỏ một cách tự nhiên.
○ Hạn chế: Phép đo giao thoa chuyển pha truyền thống cực kỳ nhạy cảm với rung động, đòi hỏi phải cách ly rung động và kiểm soát nhiệt độ nghiêm ngặt.
Sơ đồ đường quang của giao thoa kế Fizeau
●Giao thoa kế động (Loại chịu địa chấn):
○Nguyên tắc: Đạt được sự dịch pha không gian trong một khung hình duy nhất bằng cách sử dụng mảng phân cực, đồng thời thu được nhiều hình ảnh lệch pha để thực hiện phép đo khả năng kháng địa chấn tức thời.
○Ưu điểm: Khả năng chống địa chấn tức thời, cứu cánh cho việc giám sát trực tuyến trong buồng chân không, môi trường nhiệt độ cao và thấp cũng như các tòa nhà xưởng ồn ào.
○Nhược điểm: Lỗi đường dẫn quang không phổ biến. Ánh sáng tham chiếu và đường ánh sáng đo được tách biệt và không thể hủy bỏ sự trôi dạt của hệ thống; hơn nữa, do hình ảnh dựa trên khung hình nên độ phân giải ngang của nó chỉ bằng 1/4 so với giao thoa kế truyền thống, gây khó khăn cho việc ghi lại các lỗi trung gian tần số cao.
Nguyên lý làm việc của giao thoa kế động
2. Phát hiện độ dốc (Phương pháp vi phân)
● Shack-Hartmann:
○ Nguyên tắc: Mặt sóng được phân đoạn và chụp ảnh bằng mảng vi thấu kính. Độ dốc mặt sóng được tính toán bằng cách sử dụng độ lệch của điểm sáng so với vị trí tham chiếu, từ đó tái tạo lại hình dạng bề mặt.
○ Ưu điểm: Dải động cực lớn, không cần nguồn sáng kết hợp, cấu trúc nhỏ gọn.
○ Hạn chế: Độ phân giải không gian bị giới hạn bởi mật độ khẩu độ vi thấu kính và độ chính xác tuyệt đối tương đối thấp (khoảng 1/50 lambda).
Nguyên lý làm việc của Hartmann
● Giao thoa cắt ngang (LSI):
○ Nguyên tắc: Can thiệp lệch hướng mặt sóng để thu được thông tin vi phân (độ dốc) của mặt sóng.
○ Ưu điểm: Không cần ánh sáng tham chiếu, có đặc tính đường dẫn chung và có khả năng chống rung tuyệt vời. Thường được sử dụng để hiệu chuẩn mặt sóng tại chỗ với các bước sóng cực ngắn (chẳng hạn như EUV) hoặc các hệ thống tích hợp cao.
○ Hạn chế: Là một phép đo vi phân, việc tái tạo mặt sóng phụ thuộc nhiều vào thuật toán tích phân và độ chính xác bị giới hạn bởi độ lớn của lượng cắt. Nó thường được sử dụng như một giải pháp hiệu chuẩn cấp hệ thống.
Nguyên lý làm việc của giao thoa kế cắt ngang
II. Kiểm tra bề mặt phi cầu: Từ bù hình học đến kỹ thuật nhiễu xạ
Bản chất của thử nghiệm bề mặt phi cầu là "đơn giản hóa", biến đổi các mặt sóng hình cầu phức tạp thành các mặt cầu hoặc mặt phẳng có thể đo được dễ dàng thông qua các phương pháp bù.
1. Kiểm tra mặt sóng trực tiếp (Giao thoa bù điểm Null)
● Kiểm tra điểm Null:
○ Ưu điểm: Quang học hình học tự chuẩn trực, đường quang đơn giản, chi phí thấp.
○ Hạn chế: Tính khái quát kém; giới hạn ở các bề mặt bậc hai; không thể xử lý các bề mặt hình cầu hoặc dạng tự do bậc cao.
Nguyên lý làm việc của phát hiện không có hình ảnh
● Bộ bù khúc xạ (chẳng hạn như bộ bù Offner):
○ Ưu điểm: Công nghệ trưởng thành, phù hợp với các bề mặt hình cầu thông thường, đường kính lớn.
○ Hạn chế: Quy trình sản xuất cực kỳ phức tạp và việc lắp ráp/điều chỉnh nhạy cảm. Độ lệch ngoài trục phải được kiểm soát chặt chẽ; Lỗi lắp ráp thậm chí rất nhỏ cũng có thể gây ra quang sai đồng trục nghiêm trọng, cản trở việc xác định hình dạng bề mặt.
Nguyên lý hoạt động của bộ bù khúc xạ
● Ảnh ba chiều tính toán(CGH):
○ Ưu điểm: Bồi thường phổ quát. Nó có thể tích hợp các tính năng căn chỉnh, chuyển đổi việc căn chỉnh vật lý tại chỗ tẻ nhạt thành căn chỉnh hình học được hỗ trợ bằng phần mềm, tránh được "bẫy lắp ráp và điều chỉnh" của các bộ bù truyền thống một cách hiệu quả.
○ Hạn chế: Thiếu tính linh hoạt. Nó có thuộc tính "chuyên dụng"; mỗi bề mặt hình cầu đòi hỏi chi phí thiết kế và tùy chỉnh độc lập.
CGHNguyên tắc làm việc
2. Các sơ đồ phát hiện khác
● Khâu khẩu độ phụ (SSI):
○ Nguyên tắc: Giao thoa kế được sử dụng để đo các khu vực cục bộ có độ dốc thay đổi nhỏ, sau đó thực hiện khâu toán học.
○ Ưu điểm: Sử dụng giao thoa kế khẩu độ nhỏ và tổng hợp thuật toán, điều này khắc phục được các hạn chế về kích thước cảm biến, đạt được khả năng phát hiện khẩu độ cực lớn với độ phân giải cao, các thành phần độ phi cầu lớn, cân bằng độ chính xác của phép đo và tính linh hoạt của hệ thống.
○ Hạn chế: Khó kiểm soát lỗi tích lũy; sự phụ thuộc cực kỳ cao vào giai đoạn dịch chuyển chính xác.
Nguyên lý làm việc nối khẩu độ phụ
III. So sánh toàn diện: Ma trận logic lựa chọn
IV. Kết luận: Sự cân bằng trong logic kỹ thuật
Việc lựa chọn các phương pháp kiểm tra quang học chính xác về cơ bản là sự cân bằng giữa độ chính xác, hiệu quả và chi phí.
●Độ chính xác là điểm mấu chốt: Trong điều kiện môi trường hiện tại, hãy đảm bảo rằng sai số kiểm tra đủ để hỗ trợ quá trình hội tụ, ngăn ngừa lỗi hệ thống do "không đủ chất lượng".
●Hiệu quả là sự sống: Trong khả năng xử lý hiện có, hãy chọn phương pháp có phản hồi nhanh nhất và lắp ráp và điều chỉnh đơn giản nhất, ngăn chặn tình trạng trì trệ R&D do "dư thừa quy trình".
●Chi phí là ranh giới: Trong khoảng thời gian ngân sách hạn hẹp, hãy chọn con đường có tổng lợi tức đầu tư cao nhất, ngăn ngừa lãng phí tài nguyên do "quá chất lượng".
Chỉ có "tiêu chuẩn kiểm tra" được thiết lập trong ba đường màu đỏ này mới có thể thúc đẩy quá trình lặp lại hiệu quả của vòng khép kín xử lý. Quay trở lại với ý thức chung về kỹ thuật và bắt đầu từ nhu cầu là chìa khóa để đạt được kết quả gấp đôi với một nửa nỗ lực.
VềChí HưngQuang học
Công ty TNHH Công nghệ Quang học Zhixing Ninh Batập trung vào hình ảnh ba chiều tính toán có độ chính xác cao (CGH) các giải pháp kiểm tra, dành riêng cho việc giải quyết các điểm yếu cốt lõi trong việc đo bề mặt hình cầu và bề mặt dạng tự do.
