Schwarzschild物镜装卡应力对光学元件面形的影响

为了实现接近衍射极限的分辨率,工作在极紫外波段的Schwarzschild物镜要求其光学元件的面形精度达到约1nm(RMS值);而在物镜的装配过程中,装卡产生的应力会影响光学元件的面形精度,定量计算装卡应力对元件面形的影响是获得高分辨率成像的关键。在光学设计、公差分析的基础上,采用有限元模型系统地分析了应力对Schwarzschild物镜光学元件面形精度的影响。结果表明:采用自行设计的物镜结构,应力对主镜面形的影响可以达到0.7nm,而对副镜的影响可以忽略;应力所产生的光学元件面形变化会使系统的几何传递函数(5000lp/mm)从0.76下降到0.61。

基于可调光焦度器件的变焦内窥物镜光学设计

针对内镜外科手术中局部病灶图像不易获得的问题,提出一种基于可调光焦度器件的光学变焦内窥物镜光学设计系统.该系统基于Gauss括号法和内窥物镜变焦原理,推导分析可调光焦度器件的变焦内窥镜的一阶光学控制方程.应用一阶变焦光学理论的解析解和光学设计软件ZEMAX,对内窥镜3个典型变焦位置进行优化设计和成像评价,分析其光学成像能力.结果表明,基于可调光焦度器件的变焦内窥物镜对人体内壁组织变焦放大后具有辨别能力.该光学系统具有无组件移动、响应频率快和体积构造小等优点,可提高内窥镜治疗技术在外科治疗诊断的准确率.

GRIN色散物镜光学像差对峰值波长提取的影响

为提高光谱共焦位移传感系统接收信号峰值波长提取精度,基于设计的梯度折射率(Gradient Index,GRIN)色散物镜,系统分析了光学像差对峰值波长提取的影响。首先结合GRIN色散透镜的光学性能,利用光学像差理论,建立了优化后GRIN色散物镜的像差分布函数,获得了各类像差与波长分布之间的关系;然后仿真分析了各类单色像差以及组合像差对峰值波长分布的影响,利用三种拟合算法分别提取存在不同像差下的峰值波长,得到了光学像差引起的GRIN色散物镜峰值波长偏移;最后利用不同的拟合方法对像差影响下的轴向响应信号进行了数据拟合和拟合误差分析。结果表明,球差为1时,引起峰值波长偏移6.28 nm;当球差大于1时,出现双峰,球差越大引起的峰值波长偏移越大;像散对峰值波长偏移的影响小于球差;组合像差对峰值波长的影响最大,出现了三峰旁瓣同时升高。研究结果对建立像差影响的峰值波长提取误差修正和补偿算法,并进一步提高系统测量精度具有参考意义。

18.2nm Schwarzschild显微物镜用多层膜带宽匹配问题分析

软Ｘ射线多层膜的进展使正入射高分辨率成像系统从红外、可见和紫外扩展到软Ｘ射线波段。由于软Ｘ射线多层膜的反射率还不能像其它波段反射镜反射率那样高，因此由两块同心球面反射镜组成的Ｓｃｈｗａｒｚｓｃｈｉｌｄ物镜在软Ｘ射线波段得到了广泛的应用。本文从多层膜带宽匹配条件、Ｓｃｈｗａｒｚｓｃｈｉｌｄ显微物镜的几何尺寸和多层膜镀制设备的性能出发，研究了实现Ｓｃｈｗａｒｚｓｃｈｉｌｄ显微物镜带宽匹配条件的镀膜过程，为实际制备Ｓｃｈｗａｒｚｓｃｈｉｌｄ显微物镜用多层膜提供理论指导。

基于光栅制造的光刻投影物镜设计

光栅尺作为位移传感器被广泛应用在精密测量体系中,随着测量趋于纳米级精度和大量程,对光栅尺的制造精度提出了更高的要求。刻线误差是影响光栅尺制造精度的重要因素,减小刻线误差能够有效提高光栅制造精度。设计了一种大孔径、低畸变的投影光刻物镜,并在Zemax光学设计软件中对物镜进行了设计及优化。结果显示,其全视场波像差小于λ/10,MTF>0.6,最大畸变<0.0037%,最大分辨率R=2μm,数值孔径NA=0.15,缩小倍率5×,最大焦深±9.73μm。对其进行公差分析,结果表明,该物镜完全满足提高光栅尺制造精度的需求。

一种5倍暗场金相物镜的设计

为解决现有5倍暗场金相物镜照明亮度低且不均匀的问题,采用一体化设计新方法。首先通过选择光学结构,在光学设计软件ZEMAX中合理设置操作数,利用光学软件设计优化出光学系统;然后依据暗场照明约束条件设置反射光线,利用CAD软件设计出反射曲面。通过光学传递函数、暗场照明光束利用率、光斑尺寸和光斑均匀度等参数对物镜性能进行评价。结果表明新5倍暗场金相物镜像质优良、视场明亮均匀,新的设计方法可行。

光刻投影物镜畸变检测中的位移测量误差分析

在光刻投影物镜的畸变检测中,位移测量误差是光刻投影物镜畸变检测的重要误差源之一,深度分析误差源并减小误差项,可提高光刻投影物镜的畸变检测精度。本文将运动台的定位与测量技术相结合,着重分析利用夏克-哈特曼波前传感器对投影物镜进行畸变检测时像质检测台的位移测量误差。并以一套投影物镜像质检测台为例,对其在投影物镜畸变检测中的位移测量误差进行分析,利用该像质检测台对某一投影物镜进行畸变检测,畸变检测结果约80 nm,其中该像质检测台的位移测量误差会给畸变检测结果带来约22 nm的不确定度。

光刻物镜波像差绝对检测技术综述

光刻物镜是光刻机核心部件,其波像差大小决定着光刻机的分辨率和套刻精度。随着光刻机性能的逐步提升,光刻物镜波像差要求已经降低到0.5nm(RMS)以下,这对波像差的检测是一个极大的挑战。现行的光刻物镜波像差检测方法(如哈特曼法,剪切干涉法和点衍射法等)的检测精度往往受限于其系统误差,而绝对检测技术是一种能够将系统误差分离出来的技术,最终突破精度极限。本文回顾了光刻物镜系统波像差检测方法和波前绝对检测技术,详细梳理了绝对检测技术在不同波像差检测方法中的应用和研究进展,重点总结了绝对检测技术在不同波像差检测方法中的技术难点,同时结合这些难点,展望了光刻物镜波像差绝对检测技术的未来发展趋势。

基于Zemax软件的仿真实验--微光夜视物镜的设计

利用Zemax软件进行了微光夜视物镜的仿真实验。介绍了微光夜视物镜的轻量化设计需求,给出了设计方案。基于双高斯型物镜结构,利用Zemax软件优化设计得到了全球面物镜和折衍射混合物镜两种结构。通过对比分析两个物镜系统的总长、重量、成像质量等参数,结果显示两种结构的物镜都可以工作在对轻化程度要求较高的场合。通过基于Zemax软件的物镜系统仿真设计,可以使学生深刻地理解几何光学和光的衍射等相关理论知识。

应用于划痕检测的白光共聚焦色散物镜设计

白光共聚焦位移传感器在机车轮轴划痕深度测量中有很好的适用性,色散物镜是决定传感器检测范围与分辨率的关键器件。根据检测需求,结合白光共聚焦原理和线性色散条件选择合适的初始结构,利用Zemax光学设计软件对初始结构进行优化与分析,设计了一款高线性度短共轭距色散镜头,测量范围为1 mm,工作光谱范围为400 nm~700 nm,镜头球差小于1.7μm,系统轴向位移分辨率为0.615μm,色散线性判定系数R2为0.9975,共轭距为104 mm,使镜头小型化的同时具有高分辨率和高线性度的优点。

热场发射扫描电镜中的复合物镜和镜筒内探测系统

为了解释镜筒内探测器对信号发射角衬度反映的依赖,借助光镜像差类比方法解释物镜和探测系统协调工作以探测信号的原理,最后分析了两种当前使用复合物镜的探测系统。以上研究表明,在当代热场发射扫描电镜中,借助物镜的磁场和电场,物镜和探测系统协同能够实现筛分和过滤信号的目的,使用光镜类比可以成功地理解各种镜筒内探测器对信号的接收情况。

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。

Direct and Exact Description of Null Geodesics in Schwarzschild Spacetime

Null geodesics for massless particles in Schwarzschild spacetime are obtained by direct integration of the trajectory equation in spatial coordinates without transformation to the inverse space. The results are classified following Chandrasekhar depending on the ratio of the impact parameter of the trajectory to its critical value. In the subcritical and supercritical cases the geodesics are expressed in terms of elliptic integrals of the first kind. Some results are formally different from the classical ones, but in fact equivalent to them, being at the same time more compact and descriptive.

用于MEMS振镜激光扫描的显微物镜设计

为满足微机电系统(micro-electro-mechanical system,MEMS)二维激光扫描系统对显微物镜小入瞳直径、大入射角度、大视场的要求,利用光学设计软件Zemax设计了一款入瞳直径为1.1 mm,可匹配MEMS二维振镜±18°大扫描角度的近红外无限共轭微型显微物镜。该物镜总长小于23 mm,数值孔径为0.4,分辨率为1.26μm,工作距为900μm,各项像差校正良好,满足使用需求。设计结果表明,该微型显微物镜可满足便携式皮肤检测仪器的MEMS二维振镜激光扫描系统的应用要求。

宽波段平场复消色差显微物镜设计

目前商品化的显微物镜的适用波段范围无法满足360~1000 nm波段范围的相关光子光斑的测量要求。从复消色差基础理论出发,研究了复消色差玻璃组合的选择方法,得到了二级光谱校正效果较好的玻璃组合。采用全球面折射式、无穷远校正的结构型式,设计出一款放大倍率为20倍、数值孔径为0.3、工作距离为10 mm、齐焦距为60 mm、视场为0.66 mm、工作波长范围为360~1000 nm的平场复消色差显微物镜。调制传递函数曲线在80 lp/mm处接近衍射极限,场曲校正满足平场的国际标准,其余成像指标也接近衍射极限。公差分析结果表明,该显微物镜满足设计和实际加工要求。

一种投影物镜测试台的设计

阐述投影物镜测试台用于对投影物镜性能和接口进行测试验证,投影物镜测试台作为一种测量工具,其自身精度,操作便利性,维护性与最终物镜的交付质量也有着密切关系。探讨对测试台部分结构、投影物镜集成流程的优化设计,从而提高了测试台的使用效率。

大量程高线性光谱共焦位移测量系统

兼具高精度、高稳定性并能实现非接触测量的光谱共焦位移测量系统在工业、医疗、科研等许多领域得到了广泛应用。目前制约光谱共焦位移测量系统应用发展的因素是大量程和高线性度。讨论了光谱共焦位移测量系统中色散物镜实现线性轴向色散的条件,设计了一种高线性色散和大色散范围的色散物镜,指定了适合的公差范围,加工装配了一组色散物镜,搭建了光谱共焦位移测量系统,采用双频激光干涉仪进行了位移标定,并对标准量块进行了厚度测量。结果表明,该系统工作波段为450 nm~650 nm,实际位移范围为10 200μm,线性拟合判定系数R^(2)达到0.993 7,实际测量最大误差仅为3μm,证明该光谱共焦位移测量系统同时具备大量程、高线性度和高测量精度的特点。

等离子体诊断用18.2nm Schwarzschild显微镜

研制了用于超快激光等离子体诊断的Schwarzschild型正入射显微镜,该显微镜工作波长为18.2 nm,数值孔径为0.1,放大倍数为10。根据诊断要求设计了Schwarzschild物镜的光学结构,计算了物镜的光学传递函数,结果显示,设计的物镜在±1 mm视场范围内像方空间分辨力可达125 lp/mm。根据系统工作波长和光线在镜面的入射角度设计了Mo/Si周期多层膜反射镜,制作了Schwarzschild显微镜光学元件,镀制的膜系周期厚度为9.509 nm,周期数为30,对18.2 nm波长的反射率约31.1%。利用激光等离子体光源对24 lp/mm网格进行了成像实验,实验结果表明:系统在中心视场的分辨力为3μm,600μm内视场的分辨力为5μm。

13.5nm Schwarzschild显微镜系统及成像实验

研制了工作波长为13.5 nm的Schwarzschild成像显微镜。从共轴两镜系统的基本理论出发,通过消除三级球差、彗差和像散设计了Schwarzschild物镜的光学初始结构,计算了物镜的光学传递函数。结果表明,物镜在±0.3 mm视场内像方空间分辨率可达550 lp/mm。根据工作波长和镜面的入射角度设计了Mo/Si周期多层膜反射镜,制作了Schwarzschild显微镜光学元件,多层膜元件对13.5 nm波长的反射率为61%。为了消除可见光和紫外光对系统成像的影响,设计并制备了材料为Zr,Si和Si3N4的滤波片,该滤波片在13.5 nm处的透过率为21.1%。利用激光等离子体光源对60 lp/mm网格进行了成像实验,结果表明,系统在0.5 mm视场内的分辨率优于3μm,结论认为CCD探测器分辨率极限是影响成像实验分辨率的主要因素。

用旋量零标架方法导出带电Schwarzschild黑洞时空中Dirac粒子的能级

用旋量零标架方法对带电Schwarzschild黑洞 (Reissner Nordstrom)时空中旋量粒子的Dirac方程分离变量 ,并退耦为普通微分方程组 ,从所获得的径向方程和角向方程出发进一步导出了Dirac粒子的能级方程 .