보다 높은 분해능과 작은 빔 크기를 위하여 보다 높은 개구수를 가진 광학 부품이 점점 더 짧은 파장에서 사용되고 있다. 이러한 광학 부품은 설계와 제작 후 올바른 성능을 나타내는지 정밀한 평가를 통해 확인하는 일이 중요한데, 파면 측정을 통해 이러한 성능을 확인할 수 있다. 일반적으로 파면 측정에는 위상변이 간섭계(phase-shifting interferometer)가 많이 사용되고 있는데, 높은 분해능으로 정확한 측정이 가능한 대신 고 개구수를 측정하기 위해서는 측정하고자 하는 광학 부품의 개구수와 같거나 더 높은 개구수를 가진 기준이 되는 ...
보다 높은 분해능과 작은 빔 크기를 위하여 보다 높은 개구수를 가진 광학 부품이 점점 더 짧은 파장에서 사용되고 있다. 이러한 광학 부품은 설계와 제작 후 올바른 성능을 나타내는지 정밀한 평가를 통해 확인하는 일이 중요한데, 파면 측정을 통해 이러한 성능을 확인할 수 있다. 일반적으로 파면 측정에는 위상변이 간섭계(phase-shifting interferometer)가 많이 사용되고 있는데, 높은 분해능으로 정확한 측정이 가능한 대신 고 개구수를 측정하기 위해서는 측정하고자 하는 광학 부품의 개구수와 같거나 더 높은 개구수를 가진 기준이 되는 광학계가 필요하다. 이는 개발과 제작에 많은 노력이 필요하게 된다. 이러한 고 개구수의 광학 부품을 측정하기 위해 Shack-Hartmann 센서와 핀홀 점광원을 이용하여 파면수차를 측정하는 시스템을 구성하였다. 핀홀은 작은 개구 회절되는 고 개구수의 수차가 거의 없는 구면파를 만들어 고 개구수의 기준 광학계를 사용하지 않고도 광학 부품의 파면을 측정할 수 있게 해준다. Shack-Hartmann 센서는 광학 부품을 통과한 파면을 분석하여 파면의 수차를 측정한다. 시스템의 광학계와 Shack-Hartmann 센서의 오차를 줄이기 위해 기준 평행광을 이용하여 시스템을 보정하여 여러 파장에서 0.009 λ rms의 정확도로 측정을 할 수 있는 방법을 개발하였다. 개구수 0.65와 0.25인 렌즈를 간섭계와 본 시스템에서 측정하고 결과를 비교하여 0.002 λ rms (λ = 632.8 nm) 이하의 차이가 나타나는 것을 확인하였고, DVD 픽업의 측정 또한 올바르게 이루어짐을 확인하였다. 이러한 방법을 통해 개구수 0.9의 대물렌즈의 파면 수차를 632.8 nm와 405 nm 파장에서 0.003 λ rms 의 반복 측정도로 측정됨을 보였다.
보다 높은 분해능과 작은 빔 크기를 위하여 보다 높은 개구수를 가진 광학 부품이 점점 더 짧은 파장에서 사용되고 있다. 이러한 광학 부품은 설계와 제작 후 올바른 성능을 나타내는지 정밀한 평가를 통해 확인하는 일이 중요한데, 파면 측정을 통해 이러한 성능을 확인할 수 있다. 일반적으로 파면 측정에는 위상변이 간섭계(phase-shifting interferometer)가 많이 사용되고 있는데, 높은 분해능으로 정확한 측정이 가능한 대신 고 개구수를 측정하기 위해서는 측정하고자 하는 광학 부품의 개구수와 같거나 더 높은 개구수를 가진 기준이 되는 광학계가 필요하다. 이는 개발과 제작에 많은 노력이 필요하게 된다. 이러한 고 개구수의 광학 부품을 측정하기 위해 Shack-Hartmann 센서와 핀홀 점광원을 이용하여 파면수차를 측정하는 시스템을 구성하였다. 핀홀은 작은 개구 회절되는 고 개구수의 수차가 거의 없는 구면파를 만들어 고 개구수의 기준 광학계를 사용하지 않고도 광학 부품의 파면을 측정할 수 있게 해준다. Shack-Hartmann 센서는 광학 부품을 통과한 파면을 분석하여 파면의 수차를 측정한다. 시스템의 광학계와 Shack-Hartmann 센서의 오차를 줄이기 위해 기준 평행광을 이용하여 시스템을 보정하여 여러 파장에서 0.009 λ rms의 정확도로 측정을 할 수 있는 방법을 개발하였다. 개구수 0.65와 0.25인 렌즈를 간섭계와 본 시스템에서 측정하고 결과를 비교하여 0.002 λ rms (λ = 632.8 nm) 이하의 차이가 나타나는 것을 확인하였고, DVD 픽업의 측정 또한 올바르게 이루어짐을 확인하였다. 이러한 방법을 통해 개구수 0.9의 대물렌즈의 파면 수차를 632.8 nm와 405 nm 파장에서 0.003 λ rms 의 반복 측정도로 측정됨을 보였다.
There have been increasing demands on higher numerical aperture (NA) optics used in shorter wavelength to meet the needs of high resolution and small focused spot size. It is important to confirm if those high NA optical components have the designed performance, and this is possible with measuring t...
There have been increasing demands on higher numerical aperture (NA) optics used in shorter wavelength to meet the needs of high resolution and small focused spot size. It is important to confirm if those high NA optical components have the designed performance, and this is possible with measuring the transmitted wavefronts. The most common system used to measure wavefront is PSI(phase-shifting interferometer), because it is possible to measure wavefront accurately with high resolution with PSI. However, high NA reference optics is needed to measure the high NA optical components with PSI, and it takes much effort to develop and manufacture those reference optics. We develop a new test method to measure the wavefront error of high NA optics with a Shack-Hartmann sensor and a pinhole point source. A pinhole generates almost perfect high NA reference spherical wave diffracted from small aperture, so it is possible to measure high NA optical component without high NA reference optics. A Shack-Hartmann sensor constructs the wavefront error of the target optics. In order to reduce the systematic errors of the system, we developed simple calibration method and it makes to measure the test optics with accuracy of 0.009 λ rms in several wavelengths. We find that there are only 0.002 λ rms (λ = 632.8 nm) differences between the results of NA 0.65 and 0.25 lenses measured with the wavefront sensor and the interferometer as a preliminary test. With this method we could measure the wavefront error of NA 0.9 objective with the repeatability of 0.003 λ rms and the accuracy of 0.009 λ rms with 632.8 nm and 405 nm laser sources.
There have been increasing demands on higher numerical aperture (NA) optics used in shorter wavelength to meet the needs of high resolution and small focused spot size. It is important to confirm if those high NA optical components have the designed performance, and this is possible with measuring the transmitted wavefronts. The most common system used to measure wavefront is PSI(phase-shifting interferometer), because it is possible to measure wavefront accurately with high resolution with PSI. However, high NA reference optics is needed to measure the high NA optical components with PSI, and it takes much effort to develop and manufacture those reference optics. We develop a new test method to measure the wavefront error of high NA optics with a Shack-Hartmann sensor and a pinhole point source. A pinhole generates almost perfect high NA reference spherical wave diffracted from small aperture, so it is possible to measure high NA optical component without high NA reference optics. A Shack-Hartmann sensor constructs the wavefront error of the target optics. In order to reduce the systematic errors of the system, we developed simple calibration method and it makes to measure the test optics with accuracy of 0.009 λ rms in several wavelengths. We find that there are only 0.002 λ rms (λ = 632.8 nm) differences between the results of NA 0.65 and 0.25 lenses measured with the wavefront sensor and the interferometer as a preliminary test. With this method we could measure the wavefront error of NA 0.9 objective with the repeatability of 0.003 λ rms and the accuracy of 0.009 λ rms with 632.8 nm and 405 nm laser sources.
Keyword
#Shack-Hartmann 센서 파면 측정 광학평가 고 개구수 핀홀 점광원 Shack-Hartmann sensor wavefront measurement optical testing high numerical aperture pinhole point source
학위논문 정보
저자
이진석
학위수여기관
연세대학교 대학원
학위구분
국내석사
학과
기계공학과
지도교수
한재원
발행연도
2007
총페이지
vii, 50장
키워드
Shack-Hartmann 센서 파면 측정 광학평가 고 개구수 핀홀 점광원 Shack-Hartmann sensor wavefront measurement optical testing high numerical aperture pinhole point source
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