WO2024033526A1 - Device for the interferometric checking of optical surfaces - Google Patents

Device for the interferometric checking of optical surfaces Download PDF

Info

Publication number
WO2024033526A1
WO2024033526A1 PCT/EP2023/072300 EP2023072300W WO2024033526A1 WO 2024033526 A1 WO2024033526 A1 WO 2024033526A1 EP 2023072300 W EP2023072300 W EP 2023072300W WO 2024033526 A1 WO2024033526 A1 WO 2024033526A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
measuring
designed
optical
measurement
conversion element
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/072300
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Klaus Mantel
Maria Chekhova
Original Assignee
Max-Planck Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Max-Planck Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. filed Critical Max-Planck Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V.
Publication of WO2024033526A1 publication Critical patent/WO2024033526A1/en

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02—Interferometers
    • G01B9/02034—Interferometers characterised by particularly shaped beams or wavefronts
    • G01B9/02038—Shaping the wavefront, e.g. generating a spherical wavefront
    • G01B9/02039—Shaping the wavefront, e.g. generating a spherical wavefront by matching the wavefront with a particular object surface shape
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M11/00—Testing of optical apparatus; Testing structures by optical methods not otherwise provided for
    • G01M11/02—Testing optical properties
    • G01M11/0242—Testing optical properties by measuring geometrical properties or aberrations
    • G01M11/0271—Testing optical properties by measuring geometrical properties or aberrations by using interferometric methods
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B2290/00—Aspects of interferometers not specifically covered by any group under G01B9/02
    • G01B2290/55—Quantum effects

Abstract

The invention relates to a device (1) for the interferometric checking of optical surfaces (2), comprising a light source (4) designed to generate an exposure beam (5), wherein at least one conversion element (6), in particular a conversion crystal, is designed to convert the exposure beam (5) into a measurement beam (7) and a reference beam (8), wherein the device (1) has a light-guiding element (9), in particular a beam splitter, which is designed to guide the reference beam (8) into a reference path and the measurement beam (7) into a measurement path of the device (1), wherein the device (1) has a wave front adjustment apparatus (11) in the measurement path.

Description

Vorrichtung zur interferometrischen Prüfung von optischen Flächen Device for interferometric testing of optical surfaces
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur interferometrischen Prüfung von optischen Flächen, umfassend eine zur Erzeugung eines Belichtungsstrahls ausgebildete Lichtquelle. The invention relates to a device for the interferometric testing of optical surfaces, comprising a light source designed to generate an exposure beam.
Vorrichtungen zur interferometrischen Prüfung von optischen Flächen sind grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt. Eine solche interferometrische Prüfung wird üblicherweise dazu verwendet, optische Flächen zu vermessen oder Abweichungen einer optischen Fläche, beispielsweise einer Linsenoberfläche, von einer Sollform zu bestimmen. Die interferometrische Flächenprüfung funktioniert sehr gut bei Verwendung von Strahlung im sichtbaren Spektrum, wobei auch Anwendungen in einem sogenannten NIR-Spektralbereich (nahinfrarotes Spektrum) möglich sind. Anwendungen bei größeren Wellenlängen sind deutlich aufwendiger, da zum einen die Empfindlichkeit des Messsystems leidet und benötigte verfügbare Detektoren weniger empfindlich und deutlich teurer sind. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass Lichtquellen für diesen Spektral be re ich zumeist weniger weit entwickelt sind als ihre Entsprechungen im sichtbaren Bereich. Devices for the interferometric testing of optical surfaces are generally known from the prior art. Such an interferometric test is usually used to measure optical surfaces or to determine deviations of an optical surface, for example a lens surface, from a target shape. Interferometric surface testing works very well when using radiation in the visible spectrum, although applications in a so-called NIR spectral range (near-infrared spectrum) are also possible. Applications at longer wavelengths are significantly more complex because, on the one hand, the sensitivity of the measuring system suffers and the available detectors required are less sensitive and significantly more expensive. Another disadvantage is that light sources for this spectral range are usually less developed than their counterparts in the visible range.
Ist die zu prüfende optische Oberfläche eine Asphäre bzw. asphärisch, wird üblicherweise eine Vorrichtung verwendet, die dazu ausgebildet ist, die optische Fläche mittels einer Wellenfrontanpassungseinrichtung, im Speziellen mit einer Nulltesteinrichtung in einem interferometrischen Nulltest, zu prüfen, um den hohen Genauigkeiten heutiger fertigungstechnischer Verfahren wie dem magnetorheologischen Polieren gerecht zu werden. Da beispielsweise der Nulltest eine einfallende ebene Welle an die (bekannte) ideale Oberflächenform der Asphäre anpasst, werden nur Abweichungen von der idealen Sollform in Form von Interferenzstreifen sichtbar, für die der gesamte Empfindlichkeitsbereich des Interferometers zur Verfügung steht. Die Anpassung geschieht dabei in der Regel mit Hilfe von diffraktiven Nullelementen, die lithographisch hergestellt werden. Allerdings ergeben sich dabei Beschränkungen an die asphärische Form. Steile Asphären führen zu herstellungstechnisch schwierig zu realisierenden Strukturgrößen in dem verwendeten Nullelement. If the optical surface to be tested is an asphere or aspherical, a device is usually used that is designed to test the optical surface using a wavefront adaptation device, in particular with a zero test device in an interferometric zero test, in order to meet the high accuracies of today's manufacturing processes such as magnetorheological polishing. For example, since the zero test adapts an incident plane wave to the (known) ideal surface shape of the asphere, only deviations from the ideal target shape become visible in the form of interference fringes, for which the entire sensitivity range of the interferometer is available. The adjustment is usually done with the help of diffractive zero elements that are produced lithographically. However, there are limitations to the aspherical shape. Steep aspheres lead to structural sizes in the zero element used that are difficult to produce.
Alternativ können Asphären auch durch Verwendung von Strahlung mit höheren Wellenlängen vermessen werden, beispielsweise Strahlung im infraroten Bereich des Spektrums, wobei jedoch die eingangs beschriebenen Nachteile in Bezug auf die Erzeugung der Strahlung und das Detektieren des Signals in Kauf genommen werden müssen. Alternatively, aspheres can also be measured by using radiation with higher wavelengths, for example radiation in the infrared region of the spectrum, although the disadvantages described above in relation to the generation of the radiation and the detection of the signal must be accepted.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine demgegenüber verbesserte Vorrichtung zur interferometrischen Prüfung von optischen Flächen anzugeben. Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche. The invention is based on the object of specifying an improved device for the interferometric testing of optical surfaces. The task is solved by a device with the features of claim 1. Advantageous refinements are the subject of the subclaims.
Wie eingangs beschrieben, betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur interferometrischen Prüfung von optischen Flächen. Die Vorrichtung umfasst eine Lichtquelle, die dazu ausgebildet ist, einen Belichtungsstrahl zu erzeugen. Wie eingangs erläutert, können grundsätzlich beliebige Belichtungsstrahlen bzw. Strahlung in beliebiger Form als „Belichtungsstrahl“ erzeugt werden, wobei in Abhängigkeit des verwendeten Detektors, und ggf. in Abstimmung mit dem nachfolgend beschriebenen Konvertierungselement, Belichtungsstrahlen ausgewählt werden können bzw. der Belichtungsstrahl und die Lichtquelle, die den Belichtungsstrahl erzeugt, so ausgewählt werden können, dass für den Detektor geeignete Strahlung erzeugt wird. Insbesondere kann der Belichtungsstrahl so erzeugt werden, dass die Strahlung, die auf den Detektor fällt, in einem geeigneten Spektrum bzw. Spektralbereich liegt, sodass ein vergleichsweise weniger aufwendiger Detektor verwendet werden kann und ein gutes Signal-zu-Rausch-Verhältnis erreicht werden kann. As described at the beginning, the invention relates to a device for the interferometric testing of optical surfaces. The device includes a light source that is designed to generate an exposure beam. As explained at the beginning, in principle any exposure beams or radiation in any form can be generated as an “exposure beam”, whereby depending on the detector used, and if necessary in coordination with the conversion element described below, exposure beams can be selected or the exposure beam and the light source , which generates the exposure beam, can be selected so that radiation suitable for the detector is generated. In particular, the exposure beam can be generated in such a way that the radiation that falls on the detector lies in a suitable spectrum or spectral range, so that a comparatively less complex detector can be used and a good signal-to-noise ratio can be achieved.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass ein Konvertierungselement, insbesondere ein Konvertierungskristall, vorgesehen ist, der dazu ausgebildet ist, den Belichtungsstrahl in einen Messstrahl und einen Referenzstrahl zu konvertieren. Das Konvertierungselement kann grundsätzlich dazu ausgebildet sein, einen Messstrahl und einen Referenzstrahl durch Wechselwirkung, insbesondere durch parametrische Fluoreszenz (auch „parametric down conversion“, PDC), aus dem Belichtungsstrahl zu erzeugen, die beide verschiedene Wellenlängen aufweisen. Die Vorrichtung weist ferner ein (erstes) Lichtleitelement auf, zum Beispiel einen Strahlteiler, das dazu ausgebildet ist, den Referenzstrahl in einen Referenzpfad und den Messstrahl in einen Messpfad der Vorrichtung zu leiten, wobei die Vorrichtung in dem Messpfad eine Wellenfrontanpassungseinrichtung, im Speziellen eine Nulltesteinrichtung, aufweist. Grundsätzlich wird somit der Belichtungsstrahl auf oder durch das Konvertierungselement geführt und dazu verwendet, basierend auf dem Mechanismus des Konvertierungselements den Belichtungsstrahl in einen Messstrahl und einen Referenzstrahl zu konvertieren. Im Speziellen wird als Belichtungsstrahl ein Pumpstrahl verwendet, der das Konvertierungselement durchläuft und dabei, wie beschrieben, durch parametrische Fluoreszenz, den Messstrahl und den Referenzstrahl erzeugt. Die Begriffe „Belichtungsstrahl“ und „Pumpstrahl“ können in der nachfolgenden Beschreibung somit analog verwendet bzw. entsprechend ausgetauscht werden. The invention is based on the finding that a conversion element, in particular a conversion crystal, is provided which is designed to convert the exposure beam into a measurement beam and a reference beam. The conversion element can in principle be designed to generate a measurement beam and a reference beam from the exposure beam through interaction, in particular through parametric fluorescence (also “parametric down conversion”, PDC), both of which have different wavelengths. The device further has a (first) light-guiding element, for example a beam splitter, which is designed to guide the reference beam into a reference path and the measuring beam into a measuring path of the device, the device having a wavefront adaptation device in the measuring path, in particular a zero test device , having. Basically, the exposure beam is guided onto or through the conversion element and used to convert the exposure beam into a measurement beam and a reference beam based on the mechanism of the conversion element. In particular, a pump beam is used as the exposure beam, which passes through the conversion element and, as described, generates the measuring beam and the reference beam by parametric fluorescence. The terms “exposure beam” and “pump beam” can therefore be used analogously or interchanged accordingly in the following description.
Das Vorgehen, aus dem Belichtungsstrahl unter Verwendung eines Konvertierungselements, beispielsweise eines Konvertierungskristalls, einen Messstrahl und einen Referenzstrahl mittels PDC zu erzeugen sind grundsätzlich im Rahmen eines Quanten-OCT, also einem quantenbasierten optischen Kohärenztomographie-Verfahren, bekannt. Da derartige Verfahren, insbesondere Quanten-OCT, bereits aus dem Stand der Technik bekannt sind, wird auf die Details derartiger Verfahren hierin nicht näher eingegangen. In der nachfolgenden Beschreibung, insbesondere an Stellen, in denen das Konvertierungselement und die Konvertierung in Messstrahl und Referenzstrahl bzw. Signalstrahl näher beschrieben wird, wird, soweit erforderlich, auf die notwendigen Einzelheiten eingegangen. The procedure of generating a measurement beam and a reference beam from the exposure beam using a conversion element, for example a conversion crystal, using PDC is fundamentally within the scope of a quantum OCT, i.e. a quantum-based optical coherence tomography method. Since such methods, in particular quantum OCT, are already known from the prior art, the details of such methods will not be discussed in more detail here. In the following description, especially in places where the conversion element and the conversion into the measuring beam and reference beam or signal beam are described in more detail, the necessary details will be discussed where necessary.
Wie beschrieben, weist die Vorrichtung neben der Lichtquelle und dem Konvertierungselement, das dazu ausgebildet ist, den von der Lichtquelle erzeugten oder ausgesendeten Belichtungsstrahl in den Messstrahl und den Referenzstrahl zu konvertieren, eine Wellenfrontanpassungseinrichtung, beispielsweise eine Nulltesteinrichtung, auf. Die Wellenfrontanpassungseinrichtung ist dazu ausgebildet, die optische Fläche im Rahmen eines angepassten interferometrischen Tests zu prüfen. Dies bedeutet insbesondere, dass nicht die optische Fläche in ihrer Gesamtform geprüft wird, sondern die auf die optische Fläche fallende Strahlung, insbesondere der Messstrahl, derart verändert wird, dass die an dem Messstrahl vorgenommenen Veränderungen ganz im Falle des Nulltests bzw. einer Nulltesteinrichtung oder allgemein lediglich teilweise an die Sollform der optischen Fläche angepasst sind. As described, in addition to the light source and the conversion element, which is designed to convert the exposure beam generated or emitted by the light source into the measuring beam and the reference beam, the device has a wavefront adaptation device, for example a zero test device. The wavefront adjustment device is designed to test the optical surface as part of an adapted interferometric test. This means in particular that the optical surface is not tested in its overall shape, but rather the radiation falling on the optical surface, in particular the measuring beam, is changed in such a way that the changes made to the measuring beam are completely in the case of the zero test or a zero test device or in general are only partially adapted to the desired shape of the optical surface.
Die einfallende Strahlung kann als ebene Welle gewählt bzw. eingestellt sein und an die (bekannte) ideale Oberflächenform der optischen Fläche des Prüflings bzw. Messobjekts durch ein geeignetes Objekt im Strahlengang der Wellenfrontanpassungseinrichtung angepasst werden. Wird die Anpassung an die Sollform vollständig durchgeführt, spricht man bei der Wellenfrontanpassungseinrichtung von einer Nulltesteinrichtung bzw. bei der Wellenfrontanpassung von einem Nulltest. Dadurch werden nur Abweichungen von der idealen Sollform in Form von Interferenzstreifen auf dem Detektor sichtbar, für die somit der gesamte Empfindlichkeitsbereich des Interferometers zur Verfügung steht. The incident radiation can be selected or set as a plane wave and can be adapted to the (known) ideal surface shape of the optical surface of the test object or measurement object by a suitable object in the beam path of the wavefront adjustment device. If the adaptation to the desired shape is carried out completely, the wavefront adaptation device is called a zero test device or the wavefront adaptation is called a zero test. As a result, only deviations from the ideal target form become visible on the detector in the form of interference fringes, for which the entire sensitivity range of the interferometer is available.
Mit anderen Worten wird bei einer perfekt hergestellten optischen Fläche, die ihrer idealen Sollform entspricht, im Wege des Nulltests eine vollständige Kompensation der in der Nulltesteinrichtung bewusst eingebrachten Veränderung des Messstrahls erreicht, sodass Messstrahl und Referenzstrahl keine Abweichungen zueinander aufweisen. Daraus ergibt sich, dass im Wege des Nulltests ausschließlich Abweichungen der Form der optischen Fläche von ihrer Sollform bestimmt werden, anstelle die absolute Form der optischen Fläche zu bestimmen. Dies erlaubt vorteilhafterweise, dass der Messbereich der Nulltesteinrichtung und damit der Messbereich der Vorrichtung vollständig für die Abweichungen von der Sollform eingesetzt werden können. Wird statt des Nulltests eine allgemeine, von der vollständigen Kompensation abweichende Veränderung durchgeführt, wird dies als allgemeine Wellenfrontanpassung verstanden. Die Vorrichtung ist somit dazu ausgebildet, einen Belichtungsstrahl durch eine Lichtquelle bereitzustellen, der mittels eines Konvertierungselements in den Messstrahl und den Referenzstrahl konvertiert bzw. aufgeteilt wird. Durch ein (erstes) Lichtleitelement, zum Beispiel einen Strahlteiler, wird der Referenzstrahl in den Referenzpfad, beispielsweise zu einem Referenzspiegel und der Messstrahl in den Messpfad und somit auf die zu prüfende optische Fläche, beispielsweise eines optischen Messobjekts bzw. Prüflings, geleitet. Da in dem Messpfad der Vorrichtung eine Wellenfrontanpassungseinrichtung angeordnet ist, kann die optische Fläche, also das zu prüfende optische Messobjekt, wie beschrieben, geprüft werden. In other words, with a perfectly manufactured optical surface that corresponds to its ideal target shape, the zero test achieves complete compensation for the change in the measuring beam consciously introduced in the zero test device, so that the measuring beam and reference beam have no deviations from one another. This means that the zero test only determines deviations in the shape of the optical surface from its target shape, instead of determining the absolute shape of the optical surface. This advantageously allows the measuring range of the zero test device and thus the measuring range of the device to be used completely for the deviations from the target shape. If a general change that deviates from full compensation is carried out instead of the zero test, this is understood as a general wavefront adjustment. The device is thus designed to provide an exposure beam through a light source, which is converted or split into the measuring beam and the reference beam by means of a conversion element. Through a (first) light-guiding element, for example a beam splitter, the reference beam is guided into the reference path, for example to a reference mirror, and the measuring beam is guided into the measuring path and thus onto the optical surface to be tested, for example an optical measurement object or test object. Since a wavefront adjustment device is arranged in the measuring path of the device, the optical surface, i.e. the optical measurement object to be tested, can be tested as described.
Die Wellenfrontanpassungseinrichtung kann wenigstens ein diffraktives optisches Element aufweisen um den einfallenden Messstrahl an die optische Fläche anzupassen, wobei das diffraktive optische Element den Messstrahl auf das Messobjekt führt. Wie beschrieben, kann das diffraktive optische Element derart auf die zu prüfende optische Fläche abgestimmt sein, dass bei perfekt hergestelltem Messobjekt die von dem diffraktiven optischen Element eingebrachten Veränderungen des Messstrahls durch die zu prüfende optische Fläche gerade ausgeglichen werden, sodass der an der optischen Fläche reflektierte und durch die Wellenfrontanpassungseinrichtung austretende Messstrahl gerade dem in die Wellenfrontanpassungseinrichtung einfallenden Messstrahl entspricht. Abweichungen der optischen Fläche führen dazu, dass der auslaufende Messstrahl von dem einfallenden Messstrahl abweicht. Die Abweichungen können somit detektiert werden, sodass die optische Fläche anhand der detektierten Abweichungen charakterisiert werden kann. Mit anderen Worten verändert das diffraktive optische Element die Wellenfront des Messstrahls genau so, dass bei der Reflexion des veränderten Messstrahls an dem Messobjekt eine Kompensation der eingebrachten Veränderungen stattfindet, die der Sollform des Prüflings entsprechen. Verbleibende Abweichungen deuten auf eine Abweichung der optischen Fläche von der angestrebten Sollform hin. The wavefront adjustment device can have at least one diffractive optical element in order to adapt the incident measuring beam to the optical surface, the diffractive optical element guiding the measuring beam onto the measurement object. As described, the diffractive optical element can be matched to the optical surface to be tested in such a way that, when the measurement object is perfectly manufactured, the changes in the measuring beam introduced by the diffractive optical element are just compensated for by the optical surface to be tested, so that the reflected beam on the optical surface and the measurement beam exiting through the wavefront adjustment device corresponds precisely to the measurement beam incident on the wavefront adjustment device. Deviations in the optical surface cause the outgoing measuring beam to deviate from the incident measuring beam. The deviations can thus be detected so that the optical surface can be characterized based on the detected deviations. In other words, the diffractive optical element changes the wavefront of the measuring beam in such a way that when the changed measuring beam is reflected on the measuring object, the changes introduced are compensated for and correspond to the desired shape of the test object. Remaining deviations indicate a deviation of the optical surface from the desired target shape.
Durch die Aufteilung bzw. Konvertierung des Belichtungsstrahls in den Messstrahl und den Referenzstrahl wird insbesondere erreicht, dass der Messstrahl eine für den optischen Nulltest geeignete Wellenlänge aufweisen kann und der Referenzstrahl eine davon abweichende Wellenlänge aufweisen kann, die beispielsweise die Detektion vereinfacht. Wie beschrieben, ist im ersten Fall die Verwendung von langwelliger Strahlung außerhalb des sichtbaren Spektrums besonders vorteilhaft, um die erforderlichen diffraktiven optischen Elemente möglichst einfach bzw. wenig aufwendig herstellbar zu halten. Insbesondere müssen Strukturgrößen, beispielsweise eine Periode, derartiger diffraktiver optischer Elemente weniger strenge Anforderungen erfüllen, sodass diese weniger aufwendig hergestellt werden können. Im zweiten Fall ist hingegen sichtbares Licht zu bevorzugen, um die Detektion des Signals mit technologisch geringem Aufwand und einem hohen Signal-zu-Rausch-Verhältnis zu ermöglichen. By dividing or converting the exposure beam into the measuring beam and the reference beam, it is achieved in particular that the measuring beam can have a wavelength suitable for the optical zero test and the reference beam can have a wavelength that deviates from this, which, for example, simplifies detection. As described, in the first case the use of long-wave radiation outside the visible spectrum is particularly advantageous in order to keep the required diffractive optical elements as simple or as inexpensive to produce as possible. In particular, structure sizes, for example a period, of such diffractive optical elements must meet less stringent requirements, so that they can be manufactured with less effort. In the second In this case, however, visible light is preferred in order to enable the signal to be detected with little technological effort and a high signal-to-noise ratio.
Das Konvertierungselement kann grundsätzlich dazu ausgebildet sein, einen Signalstrahl durch Wechselwirkung, insbesondere durch parametrische Fluoreszenz mit den von Nulltestkonfiguration und Referenzspiegel zurückgeworfenen Mess-, Referenz- und Belichtungsstrahlen zu erzeugen. Der beschriebene Signalstrahl kann dieselbe Wellenlänge wie der Referenzstrahl aufweisen und kann, beispielsweise mittels eines (zweiten) Lichtleitelements, auf den Detektor geleitet werden und dort deshalb mit dem reflektierten Referenzstrahl interferieren. Insbesondere wird die im Messtrahl kodierte Information über die Oberflächenqualität des Prüflings auf den Signalstrahl übertragen. Das (zweite) Lichtleitelement kann wiederum ein Strahlteiler sein. Der Messstrahl wird, wie beschrieben, an dem zu vermessenden optischen Element, bzw. der optischen Fläche unter Prüfung reflektiert und wieder auf das Konvertierungselement geführt. Entsprechend wird der Referenzstrahl von dem Konvertierungselement in den Referenzpfad geführt, wo der Referenzstrahl, beispielsweise an einem ebenen Spiegel, reflektiert und ebenfalls zum Konvertierungselement zurückgeführt wird. The conversion element can in principle be designed to generate a signal beam through interaction, in particular through parametric fluorescence, with the measurement, reference and exposure beams reflected by the zero test configuration and reference mirror. The signal beam described can have the same wavelength as the reference beam and can be directed to the detector, for example by means of a (second) light-guiding element, and therefore interfere there with the reflected reference beam. In particular, the information about the surface quality of the test object encoded in the measuring beam is transmitted to the signal beam. The (second) light-guiding element can in turn be a beam splitter. As described, the measuring beam is reflected under examination on the optical element to be measured or the optical surface and guided back onto the conversion element. Accordingly, the reference beam is guided by the conversion element into the reference path, where the reference beam is reflected, for example on a flat mirror, and is also returned to the conversion element.
Das Konvertierungselement empfängt somit die Reflexionen des Messstrahls, des Referenzstrahls und des Pumpstrahls, sodass basierend auf der parametrischen Fluoreszenz ein Signalstrahl gleicher Wellenlänge wie der Referenzstrahl erzeugt werden kann, der durch das (zweite) Lichtleitelement auf den Detektor geführt und dort detektiert wird. Im Speziellen wird das von dem Referenzstrahl und Signalstrahl erzeugte Interferenzmuster detektiert, das die Information über die Oberflächenabweichungen des Prüflings enthält und mit konventionellen Methoden der optischen Messtechnik weiterverarbeitet werden kann. The conversion element thus receives the reflections of the measuring beam, the reference beam and the pump beam, so that based on the parametric fluorescence a signal beam of the same wavelength as the reference beam can be generated, which is guided through the (second) light-guiding element to the detector and detected there. In particular, the interference pattern generated by the reference beam and signal beam is detected, which contains information about the surface deviations of the test object and can be further processed using conventional methods of optical measurement technology.
Wie beschrieben, wird durch das Konvertierungselement ein Referenzstrahl und ein Messstrahl erzeugt. Der Referenzstrahl und der Messstrahl bilden verschränkte Photonenpaare im Sinne der Quanten-OCT, wobei ein Photon (gewöhnlich im MIR (mittleren Infrarot-) oder sogar im THz- Bereich) als Messstrahl mit dem Messobjekt wechselwirkt, während das andere Photon als Referenzstrahl in den Referenzpfad geführt wird. Im zweiten Durchgang überträgt der Messstrahl (üblicherweise im Sichtbaren oder im NIR) seine Information auf einen Signalstrahl, der ebenfalls über PDC erzeugt wird, jetzt aber eine Wellenlänge im Sichtbaren aufweist, und zu dem Detektor geführt und dort mit einem Photon gleicher Wellenlänge aus dem Referenzstrahl überlagert wird. As described, a reference beam and a measuring beam are generated by the conversion element. The reference beam and the measurement beam form entangled photon pairs in the sense of quantum OCT, whereby one photon (usually in the MIR (mid-infrared) or even in the THz range) interacts with the measurement object as a measurement beam, while the other photon interacts as a reference beam in the reference path to be led. In the second pass, the measuring beam (usually in the visible or in the NIR) transfers its information to a signal beam, which is also generated via PDC, but now has a wavelength in the visible, and is guided to the detector and there with a photon of the same wavelength from the reference beam is superimposed.
Die Paare werden über den Quanten-Effekt der spontanen parametrischen Fluoreszenz in einem nichtlinearen Interferometer erzeugt, wobei die jeweils aus dem Belichtungsstrahl über PDC erzeugten Photonen als s- und i-Photonen bezeichnet werden. Zwischen zwei s-Photonen wird Interferenz beobachtet, vorausgesetzt, dass sie sich einen gemeinsamen i-Strahl teilen. Die Rolle der interferierenden s- und i-Photonen wird im vorliegenden Fall vom Signal- und vom Referenzstrahl sowie vom Messstrahl verkörpert. Diese Technik beruht auf dem Phänomen der Quanten-Kohärenz und erlaubt messtechnisches Erfassen in „schwierigen“ Spektralbereichen (MIR oder THz), während die Detektion in einem dafür geeigneten Bereich erfolgt, insbesondere dem Sichtbaren oder dem NIR. The pairs are generated via the quantum effect of spontaneous parametric fluorescence in a nonlinear interferometer, whereby the photons generated from the exposure beam via PDC are referred to as s- and i-photons. Interference is observed between two s-photons, assuming they share a common i-beam. The role of the interfering s- and i-photons is embodied in the present case by the signal and reference beams as well as by the measuring beam. This technology is based on the phenomenon of quantum coherence and allows metrological detection in “difficult” spectral ranges (MIR or THz), while detection takes place in a suitable range, in particular the visible or the NIR.
Der Bereich der PDC mit hoher Verstärkung wird durch starkes Pumpen erreicht, typischerweise mit Hilfe von ps-Pulsen in Konvertierungselementen, insbesondere Konvertierungskristallen von einigen mm Länge. Die Photonenraten von Signal und Idler der Zwillingsstrahlen skalieren exponentiell mit der Pumpleistung. Typische Werte für die parametrische Verstärkung erstrecken sich bis zu einem Verstärkungswert (gain) G = 10, realisiert über eine Fokussierung des Pumpstrahls in 2-3mm lange Kristalle, was zu einer Erhöhung der Eingangsintensität um den Faktor sinh2(G) führt. The high gain region of PDC is achieved by strong pumping, typically using ps pulses in conversion elements, particularly conversion crystals of a few mm in length. The signal and idler photon rates of the twin beams scale exponentially with the pump power. Typical values for the parametric amplification extend up to a gain value G = 10, realized by focusing the pump beam into 2-3mm long crystals, which leads to an increase in the input intensity by a factor of sinh 2 (G).
PDC mit hoher Verstärkung ist für die nichtlineare Interferometrie von Vorteil. Sie erlaubt eine hohe Leistung auf dem Detektor, so dass konventionelle Detektoren im Sichtbaren verwendet werden können, ohne das Signal-zu-Rausch-Verhältnis zu reduzieren. High gain PDC is beneficial for nonlinear interferometry. It allows high power on the detector so that conventional detectors can be used in the visible without reducing the signal-to-noise ratio.
Zusammenfassend kann somit vorteilhafterweise erreicht werden, dass der Messstrahl und der Referenzstrahl unterschiedliche Wellenlängen aufweisen. Hierbei kann der Messstrahl insbesondere auch eine unterschiedliche Wellenlänge gegenüber dem zur Interferenz verwendeten Signalstrahl aufweisen. Der Messprozess, d.h., die Interaktion mit dem Messobjekt bzw. der zu prüfenden optischen Fläche und die Detektion des Signals auf dem Detektor können somit in unterschiedlichen Wellenlängen bzw. Spektralbereichen stattfinden. Dies erlaubt für die einzelnen Prozesse, nämlich die Detektion des Signals und die Interaktion mit dem Messobjekt, einen jeweils geeigneten Spektral be re ich auszuwählen. Für die Interaktion mit dem Messobjekt, also für den Messstrahl, kann insbesondere Infrarotstrahlung gewählt werden, wobei für die Detektion des Signals bzw. als Referenzstrahl oder Signalstrahl eine Wellenlänge im sichtbaren Spektral bereich oder im NIR-Spektralbereich gewählt werden. In summary, it can thus advantageously be achieved that the measuring beam and the reference beam have different wavelengths. In this case, the measuring beam can in particular also have a different wavelength than the signal beam used for interference. The measurement process, i.e. the interaction with the measurement object or the optical surface to be tested and the detection of the signal on the detector can therefore take place in different wavelengths or spectral ranges. This allows a suitable spectral range to be selected for the individual processes, namely the detection of the signal and the interaction with the measurement object. For the interaction with the measurement object, i.e. for the measurement beam, infrared radiation in particular can be selected, with a wavelength in the visible spectral range or in the NIR spectral range being selected for the detection of the signal or as a reference beam or signal beam.
Wie beschrieben, soll der Messstrahl eine Wellenlänge besitzen, die langwelliger und somit oberhalb des sichtbaren Spektrums liegt, insbesondere auch oberhalb des nah-lnfrarot- Spektrums, bevorzugt >3 pm. Wie beschrieben, kann die Interaktion mit der zu prüfenden optischen Fläche im Infrarotbereich stattfinden, sodass die Anforderungen an das diffraktive optische Element der Wellenfrontanpassungseinrichtung, das die Veränderung der Wellenfront des Messstrahls vornimmt, insbesondere im Hinblick auf die Herstellbarkeit, reduziert werden können. Hierzu hat sich insbesondere herausgestellt, dass für die Beugung am Gitter des diffraktiven optischen Elements Strahlung im Infrarotbereich bzw. einem gegenüber dem sichtbaren Spektrum langwelligeren Bereich vorteilhaft ist. Hierbei kann insbesondere ein Spektralbereich verwendet werden, der größer als 4 pm ist, insbesondere zwischen 4 und 5 pm liegt. As described, the measuring beam should have a wavelength that is longer wavelength and therefore above the visible spectrum, in particular also above the near-infrared spectrum, preferably >3 pm. As described, the interaction with the optical surface to be tested can take place in the infrared range, so that the requirements for the diffractive optical element of the wavefront adjustment device, which carries out the change in the wavefront of the measuring beam, can be reduced, in particular with regard to producibility. In this regard, it has been found in particular that for the diffraction at the grating of the diffractive optical element, radiation in the infrared range or one opposite Visible spectrum longer wavelength range is advantageous. In particular, a spectral range that is greater than 4 pm, in particular between 4 and 5 pm, can be used here.
Der Referenzstrahl und/oder der Signalstrahl können eine demgegenüber abweichende Wellenlänge aufweisen. Der Signalstrahl und/oder der Referenzstrahl können eine Wellenlänge im sichtbaren Spektrum aufweisen. Grundsätzlich vereinfacht dies die Erfassung des Signals bzw. die Detektion des Signals. Hierzu können vereinfachte Detektoren, insbesondere vereinfacht gegenübereines im IR-Spektralbereich operierenden Detektors, verwendet werden. Zum Beispiel können standardmäßige CCD- oder CMOS-Detektoren verwendet werden, sodass grundsätzlich die Vorrichtung weniger aufwendig ausgeführt und die Detektion des Signals, beispielsweise in Bezug auf das Signal-zu-Rauschen-Verhältnis, verbessert werden kann. The reference beam and/or the signal beam can have a different wavelength. The signal beam and/or the reference beam may have a wavelength in the visible spectrum. Basically, this simplifies the acquisition of the signal or the detection of the signal. For this purpose, simplified detectors can be used, in particular simplified compared to a detector operating in the IR spectral range. For example, standard CCD or CMOS detectors can be used, so that in principle the device can be made less complex and the detection of the signal, for example in terms of the signal-to-noise ratio, can be improved.
Das Konvertierungselement kann insbesondere dazu ausgebildet sein, beispielsweise in Abhängigkeit wenigstens eines Objektparameters eines zu prüfenden optischen Elements, den Signalstrahl mit einer definierten Anzahl an Photonen und/oder eine definierte Leistung auf dem Detektor zu erzeugen. Der Objektparameter des zu prüfenden optischen Elements bzw. des optischen Messobjekts, das die zu prüfende optische Fläche aufweist, kann beispielsweise definieren, welche Intensität das Messobjekt tolerieren kann. Vorteilhafterweise kann die Intensität des Messstrahls so gewählt werden, dass diese am oberen Bereich dessen liegen kann, was das Messobjekt tolerieren kann. Beispielsweise kann dies über die Intensität des Pumpstrahls gesteuert werden. The conversion element can in particular be designed to generate the signal beam with a defined number of photons and/or a defined power on the detector, for example depending on at least one object parameter of an optical element to be tested. The object parameter of the optical element to be tested or the optical measurement object that has the optical surface to be tested can, for example, define what intensity the measurement object can tolerate. Advantageously, the intensity of the measuring beam can be selected so that it can be at the upper range of what the measurement object can tolerate. For example, this can be controlled via the intensity of the pump beam.
Wie eingangs beschrieben, kann das Konvertierungselement die Konvertierung des Belichtungsstrahls, beispielsweise eines Pumpstrahls, in einen Messstrahl und einen Referenzstrahl leisten bzw. mit dem Pumpstrahl durch das Konvertierungselement einen Messstrahl und einen Referenzstrahl erzeugen. Das Konvertierungselement kann im Speziellen als Konvertierungskristall ausgebildet sein oder einen solchen Konvertierungskristall umfassen, insbesondere ß-Bariumborat oder Lithiumniobat. Je nachdem, welcher Mechanismus gewünscht ist bzw. welcher Messstrahl und welcher Referenzstrahl erzeugt werden soll, können sich verschiedene Konvertierungskristalle bei der Verwendung als Konvertierungselement anbieten. As described at the beginning, the conversion element can convert the exposure beam, for example a pump beam, into a measuring beam and a reference beam or can generate a measuring beam and a reference beam with the pump beam through the conversion element. The conversion element can in particular be designed as a conversion crystal or comprise such a conversion crystal, in particular ß-barium borate or lithium niobate. Depending on which mechanism is desired or which measuring beam and which reference beam is to be generated, different conversion crystals can be used as a conversion element.
Wie eingangs erläutert, können durch die beschriebene Vorrichtung insbesondere Asphären bzw. asphärische optische Flächen oder asphärische optische Elemente geprüft werden. Im Speziellen kann die Vorrichtung dazu ausgebildet sein, wenigstes einen Parameter optischer Elemente bzw. Messobjekte mit einer numerischen Apertur größer 0,3-0, 5, insbesondere größer 0,7, zu erfassen. Bei dem wenigstens einen Parameter kann es sich insbesondere um eine Abweichung von einer Sollform handeln. Die beschriebenen optischen Elemente bzw. optischen Flächen zeichnen sich durch eine vergleichsweise große numerische Apertur aus, sodass die Vorrichtung insbesondere dazu ausgebildet sein kann, vergleichsweise steile optische Flächen zu vermessen. As explained at the beginning, the device described can be used to test in particular aspheres or aspherical optical surfaces or aspherical optical elements. In particular, the device can be designed to detect at least one parameter of optical elements or measurement objects with a numerical aperture greater than 0.3-0.5, in particular greater than 0.7. The at least one parameter can in particular be a deviation from a target form. The optical elements or optical surfaces described are characterized by a comparatively large numerical aperture, so that the device can be designed in particular to measure comparatively steep optical surfaces.
Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur interferometrischen Prüfung von optischen Flächen mittels einer Vorrichtung, insbesondere einer zuvor beschriebenen Vorrichtung, wobei mittels eines mit einem Belichtungsstrahl belichteten Konvertierungselements, insbesondere ein Konvertierungskristall, der Belichtungsstrahl in einen Messtrahl und einen Referenzstrahl konvertiert wird, wobei der Referenzstrahl in einen Referenzpfad geleitet wird und der Messstrahl in einen eine Wellenfrontanpassungseinrichtung, insbesondere eine Nulltesteinrichtung, aufweisenden Messpfad der Vorrichtung geleitet und wenigstens ein Parameter eines in dem Messpfad angeordneten, die optische Fläche aufweisenden optischen Elements, insbesondere basierend auf einer Interferenz eines von dem Konvertierungselement erzeugten Signalstrahls mit dem Referenzstrahl, bestimmt wird. The invention further relates to a method for the interferometric testing of optical surfaces by means of a device, in particular a previously described device, wherein the exposure beam is converted into a measuring beam and a reference beam by means of a conversion element exposed to an exposure beam, in particular a conversion crystal, the reference beam being converted into a measurement beam and a reference beam a reference path is guided and the measuring beam is guided into a measuring path of the device which has a wavefront adaptation device, in particular a zero test device, and at least one parameter of an optical element arranged in the measuring path and having the optical surface, in particular based on an interference of a signal beam generated by the conversion element the reference beam.
Sämtliche Vorteile, Einzelheiten und Merkmale, die in Bezug auf die Vorrichtung beschrieben wurden, sind vollständig auf das Verfahren übertragbar. All advantages, details and features described in relation to the device are fully transferable to the method.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Fig. erläutert. Die Fig. ist eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur interferometrischen Prüfung von optischen Flächen. The invention is explained below using an exemplary embodiment with reference to the figures. The figure is a schematic representation of a device for the interferometric testing of optical surfaces.
Die Fig. zeigt eine Vorrichtung 1 zur interferometrischen Prüfung einer optischen Fläche 2 eines Messobjekts 3 bzw. eines Prüflings. Bei dem Messobjekt 3 kann es sich insbesondere um eine Asphäre handeln, d.h. ein optisches Element mit einer asphärischen optischen Fläche 2, beispielsweise mit einer numerischen Apertur größer 0,3-0, 5, insbesondere größer 0,7. Die Vorrichtung 1 weist eine Lichtquelle 4 auf, die dazu ausgebildet ist, einen Belichtungsstrahl 5, insbesondere einen „Pumpstrahl“, zu erzeugen. Der Belichtungsstrahl 5 wird in diesem Ausführungsbeispiel auf ein bzw. durch ein Konvertierungselement 6, beispielsweise einen Konvertierungskristall, insbesondere aus ß-Bariumborat oder Lithiumniobat, geführt. The figure shows a device 1 for interferometric testing of an optical surface 2 of a measurement object 3 or a test specimen. The measurement object 3 can in particular be an asphere, i.e. an optical element with an aspherical optical surface 2, for example with a numerical aperture greater than 0.3-0.5, in particular greater than 0.7. The device 1 has a light source 4, which is designed to generate an exposure beam 5, in particular a “pump beam”. In this exemplary embodiment, the exposure beam 5 is guided onto or through a conversion element 6, for example a conversion crystal, in particular made of ß-barium borate or lithium niobate.
In dem Konvertierungselement 6 wird der Belichtungsstrahl 5 in einen Messstrahl 7 und einen Referenzstrahl 8 konvertiert. Mit anderen Worten regt der Belichtungsstrahl 5 in dem Konvertierungselement e die Erzeugung eines Messstrahls 7 und eines Referenzstrahls 8 an. Die Konvertierung des Belichtungsstrahls 5 in den Messstrahl 7 und den Referenzstrahl 8 basiert auf spontaner parametrischer Fluoreszenz bzw. „parametric down conversion“ (PDC). Der Referenzstrahl 8 wird nach dem Konvertierungselement 6 durch ein Lichtleitelement 9, beispielsweise einen Strahlteiler, auf einen in einem Referenzarm der Vorrichtung 1 angeordneten Referenzspiegel 10 geführt, an dem der Referenzstrahl 8 reflektiert und auf demselben Weg zurück zu dem Konvertierungselement 6 geleitet wird. In the conversion element 6, the exposure beam 5 is converted into a measuring beam 7 and a reference beam 8. In other words, the exposure beam 5 stimulates the generation of a measuring beam 7 and a reference beam 8 in the conversion element e. The conversion of the exposure beam 5 into the measuring beam 7 and the reference beam 8 is based on spontaneous parametric fluorescence or “parametric down conversion” (PDC). The reference beam 8 is directed after the conversion element 6 by a light-guiding element 9, for example a beam splitter, onto a reference arm of the device 1 arranged reference mirror 10, on which the reference beam 8 is reflected and guided along the same path back to the conversion element 6.
Der Messstrahl 7 wird von dem Konvertierungselement 6 aus, beispielsweise durch das Lichtleitelement 9, in einem Messpfad der Vorrichtung 1 in eine Wellenfrontanpassungseinrichtung 11 , die beispielsweise als Nulltesteinrichtung ausgebildet ist, geführt. Die Wellenfrontanpassungseinrichtung 11 weist in diesem Ausführungsbeispiel eine Strahlaufweitung 12 und ein diffraktives optisches Element 13 auf. Das diffraktive optische Element 13 ist zur optischen Achse geneigt, um Reflexionen von dem Messobjekt 3 zu unterdrücken. The measuring beam 7 is guided from the conversion element 6, for example through the light-guiding element 9, in a measuring path of the device 1 into a wavefront adaptation device 11, which is designed, for example, as a zero test device. In this exemplary embodiment, the wavefront adjustment device 11 has a beam expansion 12 and a diffractive optical element 13. The diffractive optical element 13 is inclined to the optical axis in order to suppress reflections from the measurement object 3.
Das diffraktive optische Element 13 ist in Abstimmung mit der optischen Fläche 2 des Messobjekts 3 hergestellt, sodass das diffraktive optische Element 13 den aufgeweiteten Messstrahl 7 verändert auf die optische Fläche 2 führt. Die Veränderung der Wellenfront, die durch das diffraktive optische Element 13 eingeführt wird, soll an die Form des Messobjekts 3 teilweise oder gänzlich angepasst sein bzw. diese im Falle eines Nulltests genau kompensieren. Mit anderen Worten wird der Messstrahl 7 durch das diffraktive optische Element 13 auf die optische Fläche 2 geführt und an der optischen Fläche 2 reflektiert. Ist die optische Fläche 2 gemäß ihrer Sollform hergestellt, kompensieren sich die Veränderungen, die durch die optische Fläche 2 und das diffraktive optische Element 13 eingebracht werden, teilweise oder gänzlich, sodass der auslaufende Messtrahl 7 letztlich teilweise oder keine Veränderungen gegenüber dem einlaufenden Messtrahl 7 aufweisen sollte. Im Fall einer vollständigen Anpassung würde der einlaufende Messstrahl 7 dem auslaufenden Messstrahl 7 genau entsprechen bzw. dem reflektierten Messstrahl 7, der von dem Messobjekt 3 aus zurück zu dem Konvertierungselement 6 geleitet wird. The diffractive optical element 13 is manufactured in coordination with the optical surface 2 of the measurement object 3, so that the diffractive optical element 13 guides the expanded measuring beam 7 onto the optical surface 2 in a modified manner. The change in the wave front, which is introduced by the diffractive optical element 13, should be partially or completely adapted to the shape of the measurement object 3 or should precisely compensate for this in the case of a zero test. In other words, the measuring beam 7 is guided onto the optical surface 2 by the diffractive optical element 13 and reflected on the optical surface 2. If the optical surface 2 is manufactured according to its desired shape, the changes introduced by the optical surface 2 and the diffractive optical element 13 are partially or completely compensated for, so that the outgoing measuring beam 7 ultimately has partial or no changes compared to the incoming measuring beam 7 should. In the case of complete adaptation, the incoming measuring beam 7 would correspond exactly to the outgoing measuring beam 7 or the reflected measuring beam 7, which is directed from the measurement object 3 back to the conversion element 6.
Abweichungen der Sollform der optischen Fläche 2 können somit identifiziert werden, da diese durch das diffraktive optische Element 13 nicht kompensiert werden. Mit anderen Worten erlaubt die Wellenfrontanpassungseinrichtung 11 , Abweichungen von der Sollform der optischen Fläche 2 zu identifizieren, so dass die Vorrichtung 1 insgesamt über den gesamten Empfindlichkeitsbereich auf Abweichungen beschränkt ist und nicht die Gesamtform der optischen Fläche 2 bestimmen muss. Deviations from the desired shape of the optical surface 2 can thus be identified, since these are not compensated for by the diffractive optical element 13. In other words, the wavefront adjustment device 11 allows deviations from the target shape of the optical surface 2 to be identified, so that the device 1 as a whole is limited to deviations over the entire sensitivity range and does not have to determine the overall shape of the optical surface 2.
Wie beschrieben, wird der Messstrahl 7 von dem Messobjekt 3, insbesondere der optischen Fläche 2 zurück zu dem Konvertierungselement 6 geführt. Hierbei kann eine Übertragung der Information, die in dem Messstrahl 7 getragen wird, auf einen Signalstrahl 14 stattfinden. Mit anderen Worten wechselwirken der reflektierte Belichtungsstrahl 5 und der von der optischen Fläche 2 reflektierte Messstrahl 7 und der vom Referenzspiegel 10 reflektierte Referenzstrahl 8, und erzeugen so den Signalstrahl 14, der von dem Konvertierungselement 6 zu einem Detektor 15 geführt werden kann, insbesondere reflektiert an einem zweiten Lichtleitelement 16, bei dem es sich ebenfalls um einen Strahlteiler handeln kann. As described, the measuring beam 7 is guided from the measurement object 3, in particular the optical surface 2, back to the conversion element 6. Here, the information carried in the measuring beam 7 can be transferred to a signal beam 14. In other words, the reflected exposure beam 5 and the measuring beam 7 reflected by the optical surface 2 and the reference beam 8 reflected by the reference mirror 10 interact, and thus generate the signal beam 14, which can be guided from the conversion element 6 to a detector 15, in particular reflected on a second light-guiding element 16, which can also be a beam splitter.
Der Signalstrahl 14 kann zusammen mit dem an dem Referenzspiegel 10 reflektierten Referenzstrahl 8 auf den Detektor 15 geführt werden und somit mit diesem interferieren. Basierend auf dem Interferenzmuster auf dem Detektor 15 ist es somit möglich, die Abweichungen von der Sollform der optischen Fläche 2 zu analysieren bzw. zu bestimmen. Es wird im Rahmen der spontanen parametrischen Fluoreszenz ein Photonenpaar erzeugt, bei dem ein Photon als Messstrahl 7 auf die optische Fläche 2 geführt wird und somit mit dem Messobjekt 3 interagiert, wobei das andere Photon als Referenzstrahl 8 auf den Referenzspiegel 10 geführt werden kann. Wie ebenfalls beschrieben, wird durch den reflektierten Anteil des Messstrahls 7, dem Belichtungsstrahl 5 bzw. „Pumpstrahl“ und dem reflektierten Referenzstrahl 8 in dem Konvertierungselement e wiederum ein Photonenpaar erzeugt, wovon ein Photon als Signalstrahl 14 zum Detektor 15 geführt wird. Zwischen den beiden Photonen, also dem Referenzstrahl 8 und dem Signalstrahl 14, kann auf dem Detektor 15 Interferenz beobachtet werden, vorausgesetzt, ihre Gegenstücke sind identisch, was hier der Fall ist. The signal beam 14 can be guided onto the detector 15 together with the reference beam 8 reflected on the reference mirror 10 and thus interfere with it. Based on the interference pattern on the detector 15, it is therefore possible to analyze or determine the deviations from the target shape of the optical surface 2. As part of the spontaneous parametric fluorescence, a pair of photons is generated, in which one photon is guided onto the optical surface 2 as a measuring beam 7 and thus interacts with the measurement object 3, whereby the other photon can be guided onto the reference mirror 10 as a reference beam 8. As also described, the reflected portion of the measuring beam 7, the exposure beam 5 or “pump beam” and the reflected reference beam 8 in turn generate a pair of photons in the conversion element e, one photon of which is guided to the detector 15 as a signal beam 14. Interference can be observed on the detector 15 between the two photons, i.e. the reference beam 8 and the signal beam 14, provided that their counterparts are identical, which is the case here.
Eine Interaktion des Messstrahls 7 mit dem Signalstrahl 14 auf dem Detektor 15 ist daher nicht erforderlich. Der Detektor 15 kann daher ausschließlich auf die Strahlung bzw. die Wellenlänge des Referenzstrahls 8 bzw. des Signalstrahls 14 ausgerichtet werden. Diese kann insbesondere im sichtbaren Bereich liegen, sodass der Detektor 15 als CCD- oder CMOS-Sensor ausgeführt sein oder einen solchen aufweisen kann. Dies erlaubt vorteilhafterweise, dass als Messstrahl 7 Strahlung mit einer anderen Wellenlänge als die Strahlung für den Referenzstrahl 8 bzw. den Signalstrahl 14 verwendet werden kann. An interaction of the measuring beam 7 with the signal beam 14 on the detector 15 is therefore not necessary. The detector 15 can therefore be aligned exclusively to the radiation or the wavelength of the reference beam 8 or the signal beam 14. This can be in particular in the visible range, so that the detector 15 can be designed as or have a CCD or CMOS sensor. This advantageously allows radiation with a different wavelength than the radiation for the reference beam 8 or the signal beam 14 to be used as the measuring beam 7.
Im Speziellen wird als Messstrahl 7 Strahlung im mittleren Infrarotbereich bis in den Terahertzbereich verwendet, insbesondere Strahlung mit einer Wellenlänge größer 3 pm, insbesondere zwischen 4 und 5 pm. Als Signalstrahl 14 bzw. als Referenzstrahl 8 kann demgegenüber Licht mit einer Wellenlänge im sichtbaren Spektrum verwendet werden, um die Detektion zu verbessern. BEZU GSZEI CH EN LI STE In particular, radiation in the mid-infrared range up to the terahertz range is used as the measuring beam 7, in particular radiation with a wavelength greater than 3 pm, in particular between 4 and 5 pm. In contrast, light with a wavelength in the visible spectrum can be used as signal beam 14 or as reference beam 8 in order to improve detection. REFERENCE SIGN LIST
Vorrichtung optische Fläche Device optical surface
Messobjekt measurement object
Lichtquelle light source
Belichtungsstrahlexposure beam
KonvertierungselementConversion element
Messstrahl measuring beam
Referenzstrahl Reference beam
LichtleitelementLight guide element
ReferenzspiegelReference mirror
WellenfrontanpassungseinrichtungWavefront adjustment device
Strahlaufweitung diffraktives optisches ElementBeam expansion diffractive optical element
Signalstrahl Signal beam
Detektor detector
Lichtleitelement Light guide element

Claims

PATE N TA N S P RÜ C H E Vorrichtung (1) zur interferometrischen Prüfung von optischen Flächen (2), umfassend eine zur Erzeugung eines Belichtungsstrahls (5) ausgebildete Lichtquelle (4), wobei wenigstens ein Konvertierungselement (6), insbesondere ein Konvertierungskristall, dazu ausgebildet ist, den Belichtungsstrahl (5) in einen Messstrahl (7) und einen Referenzstrahl (8) zu konvertieren, wobei die Vorrichtung (1) ein Lichtleitelement (9), insbesondere einen Strahlteiler, aufweist, das dazu ausgebildet ist, den Referenzstrahl (8) in einen Referenzpfad und den Messstrahl (7) in einen Messpfad der Vorrichtung (1) zu leiten, wobei die Vorrichtung (1) in dem Messpfad eine Wellenfrontanpassungseinrichtung (11), insbesondere eine Nulltesteinrichtung, aufweist. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenfrontanpassungseinrichtung (11) wenigstens ein diffraktives optisches Element (13) aufweist, wobei das diffraktive optische Element (13) den Messstrahl (7) auf das Messobjekt (3) führt. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Konvertierungselement (6) dazu ausgebildet ist, einen Signalstrahl (14) durch Wechselwirkung, insbesondere parametrische Fluoreszenz, des reflektierten Referenzstrahls (8) mit dem an dem Messobjekt (3) reflektierten Messstrahl (7) zu erzeugen. Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Messstrahl (7) und der Referenzstrahl (8) unterschiedliche Wellenlängen aufweisen. Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Messstrahl (7) eine Wellenlänge oberhalb des sichtbaren Spektrums, insbesondere oberhalb des Nah-Infrarot-Spektrums aufweist, bevorzugt >3pm. Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Signalstrahl (14) und/oder der Referenzstrahl (8) eine Wellenlänge im sichtbaren Spektrum aufweist. Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Konvertierungselement (6), insbesondere in Abhängigkeit wenigstens eines Objektparameters eines zu prüfenden optischen Messobjekts (3), dazu ausgebildet ist, den zweiten Signalstrahl (14) mit einer definierten Anzahl an Photonen und/oder eine definierte Leistung auf einem Detektor (15) zu erzeugen. Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Konvertierungselement (6) als Konvertierungskristall ausgebildet ist oder wenigstens einen Konvertierungskristall umfasst, insbesondere Ba-Borat oder Li-Niobat. Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) dazu ausgebildet ist, wenigstens einen Parameter optischer Messobjekte (3) mit einer numerischen Apertur >0,3 - 0,5, insbesondere > 0,7, zu erfassen. Verfahren zur interferometrischen Prüfung von optischen Flächen (2) mittels einer Vorrichtung (1), insbesondere einer Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei mittels eines mit einem Belichtungsstrahl (5) belichteten Konvertierungselements (6), insbesondere ein Konvertierungskristall, der Belichtungsstrahl (5) in einen Messstrahl (7) und einen Referenzstrahl (8) konvertiert wird, wobei der Referenzstrahl (8) in einen Referenzpfad geleitet wird und der Messstrahl (7) in einen eine Wellenfrontanpassungseinrichtung (11), insbesondere eine Nulltesteinrichtung, aufweisenden Messpfad der Vorrichtung (1) geleitet und wenigstens ein Parameter eines in dem Messpfad angeordneten, die optische Fläche (2) aufweisenden optischen Messobjekts (3), insbesondere basierend auf einer Interferenz eines von dem Konvertierungselement (6) erzeugten zweiten Signalstrahls (14) mit dem Referenzstrahl (8), bestimmt wird. PATE N TA NSP RÜ CHE Device (1) for the interferometric testing of optical surfaces (2), comprising a light source (4) designed to generate an exposure beam (5), at least one conversion element (6), in particular a conversion crystal, being designed for this purpose to convert the exposure beam (5) into a measuring beam (7) and a reference beam (8), the device (1) having a light-guiding element (9), in particular a beam splitter, which is designed to convert the reference beam (8) into to guide a reference path and the measuring beam (7) into a measuring path of the device (1), the device (1) having a wavefront adaptation device (11), in particular a zero test device, in the measuring path. Device (1) according to claim 1, characterized in that the wavefront adjustment device (11) has at least one diffractive optical element (13), the diffractive optical element (13) guiding the measuring beam (7) onto the measurement object (3). Device (1) according to claim 1 or 2, characterized in that the conversion element (6) is designed to generate a signal beam (14) through interaction, in particular parametric fluorescence, of the reflected reference beam (8) with that reflected on the measurement object (3). To generate measuring beam (7). Device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the measuring beam (7) and the reference beam (8) have different wavelengths. Device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the measuring beam (7) has a wavelength above the visible spectrum, in particular above the near-infrared spectrum, preferably >3pm. Device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the second signal beam (14) and/or the reference beam (8) has a wavelength in the visible spectrum. Device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the conversion element (6), in particular depending on at least one object parameter of an optical measurement object (3) to be tested, is designed to transmit the second signal beam (14) with a defined number To generate photons and/or a defined power on a detector (15). Device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the conversion element (6) is designed as a conversion crystal or comprises at least one conversion crystal, in particular Ba borate or Li niobate. Device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the device (1) is designed to measure at least one parameter of optical measurement objects (3) with a numerical aperture >0.3 - 0.5, in particular >0.7, capture. Method for the interferometric testing of optical surfaces (2) by means of a device (1), in particular a device (1) according to one of the preceding claims, wherein by means of a conversion element (6), in particular a conversion crystal, exposed with an exposure beam (5), the exposure beam (5) is converted into a measurement beam (7) and a reference beam (8), the reference beam (8) being guided into a reference path and the measurement beam (7) into a measurement path having a wavefront adaptation device (11), in particular a zero test device Device (1) guided and at least one parameter of an optical measurement object (3) arranged in the measurement path and having the optical surface (2), in particular based on an interference of a second signal beam (14) generated by the conversion element (6) with the reference beam ( 8), is determined.
PCT/EP2023/072300 2022-08-11 2023-08-11 Device for the interferometric checking of optical surfaces WO2024033526A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102022120283.6 2022-08-11
DE102022120283.6A DE102022120283A1 (en) 2022-08-11 2022-08-11 Device for interferometric testing of optical surfaces

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2024033526A1 true WO2024033526A1 (en) 2024-02-15

Family

ID=87760393

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2023/072300 WO2024033526A1 (en) 2022-08-11 2023-08-11 Device for the interferometric checking of optical surfaces

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102022120283A1 (en)
WO (1) WO2024033526A1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5298971A (en) * 1992-09-23 1994-03-29 Industrial Technology Research Institute Lateral shear interferometer for testing aspheric surfaces
DE10248496A1 (en) * 2002-10-17 2004-04-29 Deutsche Telekom Ag Optical fiber polarization mode dispersion determination method in which an interferometer is used with two arms, with a beam coupler used to generate fourth order interference between photon pairs
GB2579832A (en) * 2018-12-17 2020-07-08 Compass Optics Ltd A system and method for inspecting an optical surface

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001349712A (en) 2000-04-06 2001-12-21 Nikon Corp Surface shape measuring device, wave front abberation measuring device and projection lens manufactured by using them

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5298971A (en) * 1992-09-23 1994-03-29 Industrial Technology Research Institute Lateral shear interferometer for testing aspheric surfaces
DE10248496A1 (en) * 2002-10-17 2004-04-29 Deutsche Telekom Ag Optical fiber polarization mode dispersion determination method in which an interferometer is used with two arms, with a beam coupler used to generate fourth order interference between photon pairs
GB2579832A (en) * 2018-12-17 2020-07-08 Compass Optics Ltd A system and method for inspecting an optical surface

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
MITCHELL JOHN B ET AL: "Full-field, high-frequency, heterodyne interferometry for dynamic metrology based on phase detection using a modified time-of-flight camera", SPIE PROCEEDINGS; [PROCEEDINGS OF SPIE ISSN 0277-786X], SPIE, US, vol. 11056, 21 June 2019 (2019-06-21), pages 110560U - 110560U, XP060122708, ISBN: 978-1-5106-3673-6, DOI: 10.1117/12.2525827 *

Also Published As

Publication number Publication date
DE102022120283A1 (en) 2024-02-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1379857B1 (en) Interferometric arrangement for determining the transit time of light in a sample
DE69333054T2 (en) Accurate wavelength calibration of a spectrometer
DE102009012356B4 (en) Temperature measuring device and method
EP0011708A1 (en) Method and device for measuring the evenness, roughness or curvature radius of an area to be measured
DE2814006A1 (en) SCANNING INTERFEROMETER
DE102010016462B4 (en) Layer measuring method and measuring device
EP0443702A2 (en) Measuring method for determining small light absorptions
WO2024033526A1 (en) Device for the interferometric checking of optical surfaces
DE2655272A1 (en) SPECTRAL PHOTOMETER ARRANGEMENT
WO2019030041A1 (en) Method for providing a detection signal for objects to be detected
EP3792606B1 (en) Method and device for non-linear spectroscopy of a sample
DE112017007750T5 (en) Far infrared spectral device and far infrared spectral method
DE102006015518B3 (en) Measuring device for complex coherence degree of interference pattern of two optical fields, has device for converting gauss shaped-mode structure of optical field into Gauss-Laguerre-mode structure
DE19944913B4 (en) Method and device for pulse duration measurement of very short light pulses
EP0224196B1 (en) Method and device for reducing the stream of data in the fourier spectroscopie
DE4104636A1 (en) POLARIZATION INTERFEROMETER WITH NARROW BAND FILTER
WO2003029770A1 (en) Scatterometric measuring array and measuring method
EP1249698A1 (en) Reflectometer arrangement and method of determining the reflectivity of an object
DE60203362T2 (en) Averaging by polarization effects
EP3770546A1 (en) Device and method for measuring height profiles on an object
DE102019211665B4 (en) Method for determining a total spectrum of a sample and method for recording a total spectrum of a sample using a Fourier transform spectrometer
DE102014213575B3 (en) Device and method for a spectrally resolved measurement of an object
DE102018202814A1 (en) Infrared microscope for photonic chip analysis
DE19744565C2 (en) Wavelength measuring device for short laser pulses
EP0508558B1 (en) Apparatus for ellipsometric investigations of materials

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 23757872

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1