大数值孔径宽光谱折反式物镜设计(特邀)

为了满足半导体缺陷检测系统对成像系统高分辨的要求,依据系统的特点和设计指标,设计了一种近紫外-可见光大数值孔径折反式物镜。在近紫外-可见光波段对光学玻璃材料的色散特性进行分析,通过二级光谱理论计算,选择合适的玻璃材料,对光学系统的二级光谱进行了校正。该物镜使用11片球面透镜,结构紧凑。设计出一套光谱范围为360~520 nm、数值孔径为0.9、焦距为5.65 mm、视场大小为0.8 mm、工作距离为0.8 mm的物镜,采用无限远共轭折反式结构。设计结果表明:该物镜的MTF较好,全视场波像差小于0.09λ(λ=632.8 nm),各种几何像差均得到了较好的校正,满足复消色差条件,并且结构简单,具有较长的工作距离,为实际的生产装配和应用提供了便利。

一种大数值孔径小非球面检测用补偿器设计

利用补偿器的补偿法是检测高精度非球面的一种非常重要的方法 ,它可以利用已广泛实用的Zygo等高精度的数字干涉仪 ,用补偿法的关键是补偿器的设计。本文介绍了补偿法检测非球面的原理 ,针对要检测一种大数值孔径小非球面模芯 ,设计了一种由 4片薄球面透镜组成的补偿器 ,该补偿器由前后两部分组成 ,前面两片组成一个数值孔径很小的系统 ,主要用于产生适量的球差 ,后组两片组成一个数值孔径较大的系统 ,并与前面的一起满足被测非球面检测的需要。文中对制造、检测及装调等主要误差源引起误差进行了全面分析。用这种补偿器检测相应的非球面 ,检测精度可达 0 .0 5λ ,可满足光盘物镜非球面模芯的检测需要。

大数值孔径物镜的波像差测量及其特殊问题

设计了基于振幅型棋盘光栅的二维剪切干涉仪,用于测量大数值孔径(NA)物镜的波像差。研究了棋盘光栅剪切干涉仪的基本原理,分析了大数值孔径物镜波像差测量时涉及的几个特殊问题。首先,根据棋盘光栅的远场衍射函数分析了棋盘光栅的衍射效率和衍射级分布,给出了剪切干涉图数据的处理方法。接着,根据球面光瞳坐标与平面探测器坐标的投影关系,分析了光瞳坐标畸变的影响;采用几何光线追迹方法,分析了光栅方程非线性对系统误差的影响。最后,推导了物镜光瞳边缘的相对照度与数值孔径的关系。试验结果表明:采用相同光瞳坐标,NA为0.6的显微物镜的波像差测量重复性(3σ)可达到3.7 mλ。对大数值孔径物镜测量过程中涉及的特殊问题进行了探讨,结果提示:测量大数值孔径物镜的波像差时,需要考虑光瞳坐标畸变、光栅方程引入的系统误差、光瞳边缘照度衰减的影响等。

光学薄膜诱导偏振像差对大数值孔径光学系统聚焦特性的影响

大数值孔径光学系统表面光线的入射角较大,会导致薄膜的偏振分离,诱发偏振像差,影响光学系统的聚焦特性.本文利用矢量光衍射理论,建立了光学薄膜各参量与光学系统聚焦光场的模型.利用该模型分析了线偏振光入射时,光学薄膜对光学系统聚焦光斑的扰动.在此基础上,探讨了应用了不同约束条件下得到的光学薄膜对最终聚焦光场的影响,确定了减小薄膜扰动光学系统光斑的设计方法,即额外添加透射率差和位相差的约束条件,并且适当增加位相差约束的权重.利用该方法优化设计的薄膜,相比于普通减反膜而言,对系统聚焦光场中心强度的提升可达约12.5%.

大数值孔径极紫外光刻物镜设计

设计了一种大数值孔径、高分辨率的环形视场极紫外光刻物镜。以环形视场两镜系统的设计理论为基础,推导了相关参数的计算公式;并由此推广到六反射镜系统。该系统采用六枚非球面反射镜,利用环形视场避开普通反射系统的中心遮拦,并通过对分辨率的计算,实现了NA=0.3的大数值孔径。各视场的残余波像差的均方根半径RMS均小于0.02λ,相对畸变小于1%,在线视场220 mm处的传递函数达到衍射极限,可实现22 nm及以下节点的光刻技术。

双环角向偏振涡旋光束的大数值孔径透镜聚焦

基于矢量德拜理论,研究了双环角向偏振涡旋光束经大数值孔径透镜的聚焦,且在聚焦场中考虑存在两种不同介质。研究表明当涡旋光束的拓扑电荷数为1,且当透镜孔径半径与入射双环角向偏振涡旋光束的束腰半径之比为1.5时,聚焦光束可得到一个尺寸只有零点几个波长的局域空心光束。局域空心光斑的横向半径仅为0.38λ,而空心长度为2.37λ。此外还研究了透镜的数值孔径以及光束的入射拦截比对不同介质引起聚焦光束焦移的影响。

大数值孔径下的偏振成像分析

光刻设备的分辨率越来越高,以满足集成电路特征尺寸不断缩小的要求。根据瑞利判据,可以通过缩小曝光波长和工艺因子、增大数值孔径来提升光学投影光刻的分辨率。随着数值孔径的增加,光的偏振特性对成像的影响越来越大。通过分析偏振光的成像特性,控制照明的偏振方向,可以延伸光刻的分辨率。运用光的干涉原理分析了偏振光影响成像质量的原因,结合阿贝成像原理与偏振的矢量特性对偏振光的成像进行了仿真,比较了不同偏振照明下的成像对比度及焦深。结果表明,对图形选取相应的偏振照明,可以改善成像质量。

基于亚波长金属结构的大数值孔径透镜

为了实现轻量化的大数值孔径红外透镜,基于模式耦合理论,建立了金属薄膜上方形孔对入射光场相位调制与方孔边长尺寸、深度的关系,在此基础上,提出了一种可实现大数值孔径的亚波长金属结构薄膜透镜。采用数值模拟方法对此透镜的聚焦特性进行了模拟仿真,结果表明:对于10.6μm的入射波长,口径尺寸为300μm的透镜可实现半高全宽仅为4μm的聚焦光斑,其等效的数值孔径高达3.3,充分证明了这类透镜在实现大数值孔径方面的优势,为设计轻量化的高分辨红外光学元件提供了新的方法。

使用MCVD设备制取62.5μm大芯径、大数值孔径光纤预制棒的新工艺探索

总结了使用ＭＣＶＤ设备制备大芯径、大数值孔径光纤预制棒的新工艺。探索在不掺硼的情况下，在预制棒芯层逐层增加ＧｅＣｌ４的流量。在内包层掺氟以降低内包层折射率。解决了为达到较高折射率差Δｎ，在芯层掺锗过多而引起光纤预制棒在沉积后期和缩棒过程中由材料的热膨胀系数而导致的炸裂问题。并通过改变火焰平移速度，提高了沉积速率，缩短了制棒时间。所拉制的光纤、数值孔径ＮＡ高达０．３０。

大数值孔径衍射透镜的优化设计方法

本文针对大数值孔径衍射透镜工艺制作难的问题，以菲涅耳衍射透镜为例，研究了相位匹配原理并提出了一种优化设计二元大数值孔径衍射透镜的方法．在菲涅耳衍射透镜原理的基础上，确定了优化设计多相位台阶衍射透镜的结构参数，并给出了一个设计实例，最后对结果元件的衍射效率进行了分析与讨论．

大数值孔径注塑成型物镜的材料选择

目前光学元件的注塑加工大量采用了聚甲基丙烯酸甲酯 (PMMA)为材料。在光盘光学头物镜的设计和制造中 ,发现将PMMA应用到DVD物镜中时其综合性能明显比不上采用新型光学塑料的物镜。研究表明 ,当物镜的数值孔径越大 ,所需的材料折射率也越大 ,因此为了发展下一代DVD技术 ,需要开发更高折射率的新型光学塑料。

大数值孔径多组分玻璃柔性光纤的制备及影响因素分析

大数值孔径多组分玻璃柔性光纤在医用光纤内窥镜中具有广阔的应用前景。采用La2O3-Nb2O5-SiO2-B2O3-RO玻璃系统作纤芯,用自制相匹配的低折射率玻璃材料作包层拉制的柔性光纤的数值孔径为0.8725,光的接受角为122°,扩大了医用光纤内窥镜的观察范围,满足了医疗仪器观察诊断的特殊需要。给出了La2O3-Nb2O5-SiO2-B2O3-RO玻璃系统的基本组成范围,讨论了制作大数值孔径光纤对材料性能的要求,分析了影响光纤性能的一些因素,并给出了最新的研究结果。

高次方涡旋光束经大数值孔径透镜的聚焦特性

为了获得多种类型的波长量级聚焦光斑,研究了一种新型涡旋光束,高次方涡旋光束经过大数值孔径透镜的聚焦。基于矢量德拜积分公式,理论上研究了线偏振的高次方涡旋光束经过大数值孔径透镜的聚焦特性。研究了涡旋光束的拓扑荷数和幂次方数对聚焦平面光强和电场x分量的相位分布的影响。研究结果表明,通过控制涡旋光束的拓扑荷数和幂次方数可以产生不同类型的聚焦光强分布,例如尺寸约为2个波长大小的实心和空心型聚焦光斑。此外,与普通的涡旋光束聚焦不同,高次方涡旋光束聚焦后的奇点并不在焦点处。这些特殊的聚焦光斑有望在微粒的操控等领域中得到应用。

大芯径大数值孔径光纤测试系统测量不确定度评定

简述了大芯径大数值孔径光纤测试系统的测量原理,建立了测试系统的数学模型并对该系统的测量不确定度进行了评定。

大数值孔径光纤预制件研制

我们用MCVD法研制出GeO_2-P_2O_5-SiO_2系为芯,B_2O_3-SiO_2系作包层的大数值孔径光纤,分近似突变型及渐变型折射率分布两种,NA=0.36,损耗=8dB/kM(在0.85μm波长)。研究了GeO_2-P_2O_5-SiO_2系芯成分与相对折射率差Δ和损耗特性关系。消除了芯中心折射率凹陷。实验解决了预制件芯部的炸裂问题。

大视场大数值孔径显微物镜光学设计

在纳米激光直写加工系统中,显微物镜是其中的关键部件,行业发展的趋势是在大数值孔径(NA)下具有更大的物方视场,并且能适应双光子聚合(Two-photon polymerization,TPP)胶折射率的变化。对比当前TPP效应研究所用显微物镜的指标,挖掘了物方视场、NA和镜片数的关系,并提出物镜的合成敏感度指标(Synthetic sensitivity index,Iss)。结合Iss设计了一款波段为500~800 nm、NA大于1.3、物方视场为1.0 mm的显微物镜。该物镜的设计结果为,调制传递函数曲线接近衍射极限,波像差均方根小于0.07λ,以内调焦方式来适应TPP胶折射率的变化。公差分析表明该设计结果具有可行性。

大数值孔径物镜下角向偏振光聚焦特性研究

为了研究大数值孔径物镜下角向偏振光聚焦特性,提高激光扫描共聚焦显微镜的分辨率,根据Richards和Wolf矢量衍射理论建立计算模型,分析大数值孔径物镜下角向偏振光及经过0～2π相位调制的角向偏振光的聚焦光斑。经过0～2π相位调制的角向偏振光的聚焦光斑为实心光斑;该光斑的半峰全宽比径向偏振光光斑的半峰全宽小17.6%,比圆偏振光光斑的半峰全宽小11.6%。计算结果表明,经过0～2π相位调制的角向偏振光光斑作为激光扫描共聚焦显微镜的激发光,可以提高其分辨率。

大芯径大数值孔径阶跃光纤传导模特征方程求解

导出了相邻阶第二类变型贝塞尔函数的比值在小宗量的逼近形式 ,利用Lentz Thompson方法计算相邻阶第一类贝塞尔函数的比值在小宗量的值 ,计算精度为浮点数系统的最低有效位。从而解决了求解大芯径、大数值孔径阶跃光纤的特征方程时 ,贝塞尔函数溢出双精度浮点数表示范围的问题。分别对多模石英光纤和大芯径大数值孔径的聚合物光纤的传导模特征方程进行了求解 ,石英光纤的传导模特征值计算结果与Optiwave公司的软件一致 ;对于聚合物光纤 ,算法给出了所有模式的计算结果 ,其中模式角向序数小于 70的计算结果与Optiwave公司的软件一致 ,而Optiwave公司的软件不能计算角向序数大于

大数值孔径聚焦的特性研究

激光束经过大数值孔径透镜聚焦后,会得到一个亚波长量级的极小光斑,能够应用于显微技术、光刻和光数据存储。基于德拜矢量衍射积分公式,研究了激光束经过大数值孔径透镜的聚焦特性。较为系统地分析了大数值孔径聚焦的光强、相位、相干度和偏振度特性,以及入射光束偏振度和相位变化对聚焦光斑形状的影响。研究表明,激光束经过大数值孔径透镜聚焦后,光束本身带有的自旋角动量会转化成光束的轨道角动量。同时,随着大数值孔径的聚焦过程,激光束的相干度和偏振度也会发生变化。另外,通过调制入射光束的偏振度和相位分布情况,可以实现光束的整形。