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摘要

作为相干衍射成像技术的一种, 相干调制成像(coherent modulation imaging, CMI)是一种无透镜相位成像技术, 不同于多光斑相位恢复技术, 通过引入已知的强波前调制, CMI可以实现单次曝光下对入射波前的快速重建, 同时结构简单不需要参考光. 除了能够用于相位成像、解决脉冲光束的在线测量问题外, 本文将其用于精密光学元件(峰谷值(peak value, PV) ≤ 0.5 λ, λ= 632.8 nm)的面型检测. 为验证其测量能力, 对10片口径80 mm、PV值介于0.1 λ和0.5 λ之间的石英窗口进行了重复测量, 相比于商业干涉仪的测量结果, CMI算法测量结果的峰谷比值的标准偏差是0.0305 λ( λ= 632.8 nm), 均方根(root-mean-square, RMS)的标准偏差为0.0052 λ, 对于PV和RMS的测量精度可达到0.1 λ和0.01 λ, 为研究其极限性能, 同时对PV = λ/20的平行平晶进行了对比测量, 分析了其噪声来源, 考虑到CMI测量算法仍有很大的改进空间, 其有望成为一种区别于干涉测量的新型高精度光学元件检测技术.

关键词:

Abstract

As one of the coherent diffractive imaging (CDI) techniques, coherent modulation imaging (CMI) is a lensless phase imaging technology with diffraction limited resolution in theory. Unlike multiple measurement phase retrieval algorithms, the CMI can achieve fast convergence speed with single-shot measurement by introducing a pre-characterized random phase modulator. Besides, it has simple structure without reference wave based on iterative engine. Despite the fact that the matured phase imaging can be used to implement the on-line wave diagnostics of laser pulse, in this work we accurately measure the face-type of optical component with peak-to-valley value below 0.5 λ( λ= 632.8 nm) by using the CMI for the first time. In order to verify its measurement capability, 10 quartz windows with a diameter of 80 mm and PV value between 0.1 λand 0.5 λare repeatedly measured. Compared with the results of commercial interferometer, the root mean square error (Root MSE) of the peak-to-valley (PV) ratio of the results of the CMI is 0.0305 λ, and the Root MSE of the root mean square (RMS) is 0.00522 λ.The measurement accuracy of PV ratio and RMS can reach 0.1 λand 0.01 λrespectively. In addition, the parallel flat with PV ratio = λ/20 is measured and analyzed with CMI, and its noise level is also analyzed. Considering that the potential improvement of CMI is available in the future, the CMI is expected to become a new technique for optical metrology with high precision, which is different from interferometry.

Keywords:

作者及机构信息

1.
2.
3.

通信作者:潘兴臣,xchpan@siom.ac.cn; 朱健强,jqzhu@siom.ac.cn

Authors and contacts

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Corresponding author:Pan Xing-Chen,xchpan@siom.ac.cn; Zhu Jian-Qiang,jqzhu@siom.ac.cn

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No.	${\overline {{\rm{PV}}} _{{\rm{CMI}}}}$	${S_{{\rm{pv}}}}$	${\rm{P}}{{\rm{V}}_{{\rm{Zygo}}}}$	${\overline {{\rm{RMS}}} _{{\rm{CMI}}}}$	${S_{{\rm{RMS}}}}$	${\rm{RM}}{{\rm{S}}_{{\rm{Zygo}}}}$
1	0.178	2.40 × 10^–3	0.148	0.054	6.40 × 10^–4	0.042
2	0.118	1.20 × 10^–3	0.169	0.028	4.60 × 10^–4	0.021
3	0.180	2.40 × 10^–3	0.179	0.038	4.80 × 10^–4	0.030
4	0.159	6.90 × 10^–4	0.206	0.023	2.20 × 10^–4	0.025
5	0.260	1.50 × 10^–3	0.221	0.075	3.00 × 10^–4	0.068
6	0.254	2.30 × 10^–3	0.243	0.074	5.90 × 10^–4	0.072
7	0.278	3.30 × 10^–3	0.252	0.071	7.60 × 10^–4	0.061
8	0.331	2.10 × 10^–3	0.358	0.099	5.50 × 10^–4	0.099
9	0.433	2.60 × 10^–3	0.400	0.114	8.10 × 10^–4	0.102
10	0.475	2.10 × 10^–3	0.445	0.138	3.90 × 10^–4	0.124

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