【摘 要】
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激光光斑位置检测技术在现代科技与科学研究中得到了人们的广泛关注,在激光制导、空间自由通信、精密测量、光镊等领域扮演着重要角色。在极紫外光刻光源系统中,光束指向控制是一项核心技术,关系到极紫光的转换效率以及光源系统的安全与否,而光束指向控制效果又依赖于激光光斑检测技术,因此对光斑位置检测技术的研究是有必要的。在光斑位置检测中,需要根据应用环境选择合适的光电探测器,因此我们选择高灵敏度、高帧频、高精度
【机 构】
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中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)
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激光光斑位置检测技术在现代科技与科学研究中得到了人们的广泛关注,在激光制导、空间自由通信、精密测量、光镊等领域扮演着重要角色。在极紫外光刻光源系统中,光束指向控制是一项核心技术,关系到极紫光的转换效率以及光源系统的安全与否,而光束指向控制效果又依赖于激光光斑检测技术,因此对光斑位置检测技术的研究是有必要的。在光斑位置检测中,需要根据应用环境选择合适的光电探测器,因此我们选择高灵敏度、高帧频、高精度的四象限探测器作为极紫外光刻主泵浦激光的位置探测器件。具体研究内容如下:(1)对四象限探测器的基本结构与工作原理进行了详细的介绍,在此基础上搭建了脉冲激光光斑位置检测系统并对该系统的评价参数进行了分析;我们将检测系统分为三个部分:前端光学系统、核心四象限探测器、后端信号采集及数据处理系统,详细介绍了各部分的结构组成以及在检测系统中承担的任务;并介绍了传统的光斑位置解算算法,为后续改进光斑位置解算算法以及分析光斑位置检测的影响因素做好了准备。(2)对影响脉冲激光光斑位置检测系统的因素进行了深入的分析。首先,定性的对光斑能量分布、半径以及位置等影响因素进行了分析;接着在分析噪声来源和噪声干扰机制的基础上建立了复合噪声干扰模型;最后简要分析了探测器性能以及光斑位置解算算法等因素的影响。(3)对激光光斑位置高精度检测技术进行了研究。首先,建立了激光光斑位置检测误差的数学模型,定量的分析了光斑参数以及噪声对光斑位置检测误差的影响。为了抑制系统噪声,提出了一种校正算法抑制系统固有噪声,搭建了卡尔曼滤波器抑制系统随机白噪声;同时还提出了基于多项式拟合法的二阶扩展误差补偿算法,扩展了光斑位置检测范围,并改进了传统算法无法兼顾计算速度与检测精度的问题。(4)搭建了光斑位置检测平台进行测试。该平台验证了本文自主设计的四通道同步高速采集电路可以检测到KHz、ns脉宽的脉冲信号,并能完成设计要求;同时还对设计的滤波器进行了测试,测试结果验证了滤波器的可行性与实用性;最后对改进的光斑位置解算算法进行了测试,验证了改进算法相对于传统算法的优越性。
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