利用失调量向量选择投影物镜小比例模型系统补偿量

光刻投影物镜小比例模型光学系统镜片数量较多,用每个补偿量去补偿对应失调量的传统装调方法对其不适用。利用灵敏度矩阵,并对其进行奇异值分解,对分解后的失调量向量的数值与符号进行分析,确定各失调量之间的相关性,提出了系统补偿量的选择方法,该方法仅需要分析少量向量即能选择补偿量的最佳组合。编写宏模块进行大量仿真计算,验证了补偿量敏感度与相关性分析的正确性。物镜系统初装完成后,对系统进行了仿真预装调,以确保补偿方案的可行性。实验结果表明,补偿后系统波像差均方根(RMS)值由70nm降低到29.6nm,优于技术指标要求,证明了提出的补偿量选择方法的正确性和有效性。     

计算机辅助装调方法在离轴卡塞格林系统中的应用

针对高成像质量的离轴光学系统的计算机辅助装调问题,许多研究者提出了利用泽尼克系数建立灵敏度矩阵来求解失调量,但这种方法只有在泽尼克系数和失调量存在线性关系的前提下才能准确求解。提出了一种新的能求解较大失调量的计算机辅助装调方法,用此方法对一个口径为250mm的离轴卡塞格林系统进行了装调,得到了中心视场波像差RMS为0.0405λ(λ=632.8nm)。由这种方法计算出的失调量不仅准确,而且能够用于系统装调初期存在大失调量的情况。因此用这种方法能够显著提高离轴光学系统的装调效率。     

基于矢量波像差理论的两反光学系统装调研究

 为了实现对两反光学系统的精密装调,提出一种基于矢量波像差理论和波像差检测技术对失调量精确求解的装调方法。使用矢量波像差理论,将已设计的两反光学系统参数、失调量和失调光学系统的波像差之间建立方程;然后通过干涉测量法得到某一个视场的干涉图,利用条纹分析软件得到表征失调系统三阶彗差和三阶像散的泽尼克项系数,将泽尼克项系数代入方程从而求解出失调量。运用此方法对4 m口径RITCHEY-CHR-TIEN结构的天文望远镜进行模拟装调,最终求解的失调量与引入的失调量结果相互吻合,说明该装调方法正确。     

折轴三反射光学系统的计算机辅助装调技术研究

 给出计算机辅助装调中失调量与像差关系的数学模型,利用Zemax对折轴三反射光学系统进行失调仿真,得到失调数据,再对数据进行分析和处理,求得次镜和三镜的灵敏度矩阵,还对各种初级像差与各装调参量之间的对应关系及该系统的失调特性进行讨论。根据以上分析结果,最终确定了共轴三反射光学系统的装调方案。为了验证方案的可行性,在Zemax中对共轴三反射光学系统人为地加入不同的失调量后,按照确定的装调方案,利用建立的计算机辅助装调数学模型计算出失调量的大小和方向,再根据计算结果对共轴三反射光学系统进行调整,仿真结果和实际装调结果都证明该方案是可行的。     

投影光刻物镜的计算机辅助装调

针对投影光刻物镜苛刻的像质要求,将计算机辅助装调(CAA)技术引入投影光刻物镜的装调过程中,建立了相应的数学模型。选取33个视场Fringe Zernike多项式的4~37项,以及畸变作为校正对象,并选取19个结构参量作为补偿器。通过将CODE V的宏功能和Matlab结合,采集灵敏度矩阵和像质数据。提出用奇异值分解求加权最小二乘解的方法计算补偿量,通过权重因子实现对不同视场上不同Zernike项系数或畸变的改进。将补偿后光刻物镜的性能和理想光刻物镜对比,发现相比于设计镜头,装调后镜头的平均波前均方根(RMS)大约差0.004λ,平均畸变大约差1nm,该方法可以将系统波像差和畸变恢复到接近设计水平。     

失调同轴三反消像散系统消彗差补偿

三阶彗差是同轴三反消像散(TMA)光学系统镜面失调产生的主要像差之一。使用矢量像差理论分析了同轴TMA光学系统失调后彗差变化特性,给出了次镜和三镜像差偏移矢量的求解方法及公式,并推导了系统次镜和三镜失调导致的彗差增量系数公式,证明了三镜在X-Y平面内偏心产生的彗差可以通过一个固定比例的次镜偏心量完全补偿,提出了次镜对偏心三镜的消彗差补偿条件、次镜和三镜各自的X-Y平面偏心无彗差条件。计算了同轴TMA光学系统中三镜失调的两个例子,在消彗差补偿条件下,经过次镜主动偏心补偿,全视场均值彗差增量仅为未失调前的0.6%和1.9%,证明了消彗差补偿条件的正确性。     

基于矢量波像差理论的计算机辅助装调技术研究

在三阶矢量波像差理论的基础上,建立了系统内失调量与系统波像差Zernike系数的关系式,并以共轴三反射光学系统为数学模型进行了仿真分析.结果表明,基于矢量波像差理论的装调技术可行,并可用于大型光学系统的装调.利用该理论对一共轴非球面三反系统进行装调,最终使系统波像差RMS<0.080λ.     

无焦压缩光路系统的计算机辅助装调方法

为了解决随机成分多、调节灵敏度高的离轴反射式系统的精确装调问题,介绍了干涉测量与计算机优化技术相结合的方法,建立了各元件失调量与初级像差之间的关系,以及元件间的像差相互补偿关系,通过干涉测量采集系统全视场的波前差,反向优化得到各元件的失调量,在波长为632.8 nm时,无焦压缩光路系统全视场平均出射波前优于RMS0.055 ,压缩比误差小于5,实现了无焦压缩光路系统高精度、高效率的装调。     

基于本征系数的大口径望远镜失调量解算

针对大口径望远镜光学系统内部空间限制的特点,为了实现失调量校正,提出了一种基于本征系数的失调量解算方法.该方法首先利用波前曲率传感器的原理,通过交替测量前后离焦面的方式采集光斑图.然后,利用无需分区探测的本征函数法进行波前重构,利用本征系数来表征系统波像差,并依据失调量建立灵敏度矩阵模型.最后,根据失调状态与理想状态的本征系数即可求解出失调量.与其他技术途径相比,该方法具有无需添加光学元件、无需分区探测、运算简单的特点.主镜直径为1.8m的望远镜实验结果表明,当次镜偏心距离范围为--0.9～0.9 mm、倾斜角范围为--0.2°～0.2°时,利用本征系数灵敏度矩阵法得到的计算值的误差均小于10％,对大口径望远镜中的应用具有一定的意义.     

静态傅里叶变换红外光谱仪的公差分析

由于光谱分辨率或光谱信噪比只能作为光谱仪干涉系统的性能评价指标,但不能用于光学系统的公差分析与优化,所以将系统分为三个子系统:前置光学系统、干涉系统与后置光学系统,分别采用不同的评价标准分析系统公差。前置光学系统采用波像差为评价标准,给出波像差与光谱噪声的关系,分析误差对波像差的影响,间接给出各种误差对系统性能的影响。干涉系统直接采用光谱噪声作为评价标准,可直接给出各种误差对系统性能的影响。后置光学系统采用光斑尺寸作为评价标准。通过这种方法,计算出三个子系统的灵敏度矩阵,并且给出了前置光学系统与后置光学系统的公差分配。     

Polarization mode dispersion and chromatic dispersion compensation by using a three-stage compensator

A three-stage compensator used for Polarization mode dispersion (PMD) and Chromatic dispersion (CD) compensation is proposed. The compensator is capable of compensating the two components of second-order PMD when no CD exists. Two operating points of compensating second-order PMD have been proposed. Two-stage and three-stage compensators are compared by the outage probability. When CD is introduced, the compensator should retain a quantity of second-order PMD to compensate CD. The outage probability when PMD and CD coexist has been calculated. The results show that a tradeoff must be made in order to compensate CD and PMD at the same time.     

计算全息补偿法制作全息凹面光栅的改进

鉴于计算全息图可以产生一个任意形状的波面,用它作为位相补偿板来制作全息凹面光栅以适应消象差的要求比普通光学全息法更具灵活性,而且消象差波长的选择也不受制作时所用的光源光波波长所限制。本文中采用了离轴滤波及改变参考波面特性等措施,大大提高了计算全息图的空间带宽积,扩大了这一方法的使用范围。对1200l/mm的Ⅲ型及Ⅳ型凹面全息光栅进行了设计,制作及实验验证。     

激光遥感偏振成像系统光学元件调整及误差分析

改进了利用双旋转波片方法进行偏振成像的实验装置,提出了通过一次测量获得目标偏振度和强度编码图像的方法.运用光强法对激光遥感偏振成像装置的光学元件进行调整,通过斯托克斯和穆勒矩阵在偏振光学元件中的应用,给出了相应光学元件的调整原理、方法及过程.分析了激光器中心波长变动、偏振片的角度误差和波片的相位延迟及角度误差对整个系统的影响.结果表明,由偏振片角度和波片角度误差造成的出射光斯托克斯误差较小,不超过0.001,可以忽略;由波片相位延迟不精确造成的误差在0.02左右,所以应采用延迟精度较高的波片;激光器中心波长变化的影响最大,不能忽略,必须加滤光片使接收光的中心波长控制在808nm;镀有铝膜望远镜对接收到的散射光偏振度影响较小,适于激光遥感偏振成像系统的应用.     

利用计算机辅助装调检测矩形大口径离轴非球面的方法研究

通过非球面的零位补偿法,完成了对矩形大口径离轴非球面镜的检测。先用光学设计软件Zemax从理论上分析了在检测中会出现的现象,并结合计算机辅助装调技术,确定在检测过程中相对敏感的自由度,然后控制这些量,使补偿器和非球面的相对关系与理论设计相吻合,在Zygo相位干涉仪上测得最终结果。在λ=632.8nm时,中心圆口径与两个边缘圆口径面形误差RMS分别为0.022λ,0.037λ,0.032λ。检测结果,达到预期目的。     

The influence of the sampling dots on the analysis of the wave front aberration by using the covariance matrix method

The covariance matrix method is a simple method for solving the Zernike polynomial with the higher fitting precision. In this paper, it was used to analyze the several optical wave fronts of the fine polished aluminum disk surface captured by a Twyman-Green interferometer system. We had found that the PV (peak-to-valley) and rms (root-mean-square) values of the wave front aberration changes with changing the Zernike term and the expressions for the several optical wave fronts with the different sampling dots were wrong. By analyzing the relations among the condition number of the coefficients matrix, the Zernike term, and the number of the sampling dots, it was indicated that the number of the sampling dots had only reduced the fluctuation the PV and the rms value while the Zernike term increases, but did not change the case that the expressions for the wave front aberration were wrong when the Zernike term is larger than 14, especially when the number of the sampling dots is less. Such an analysis will be valuable in solving the Zernike polynomial for the wave front aberration analysis by using the covariance matrix method in optical testing.     

Stability of Zernike coefficients solved by the covariance matrix method in the analysis of the wave front aberration

The deduction of Zernike coefficients is usually influenced by the finite number of sampling dots on interferogram and their inherited measurement errors. In this paper, a simplified Gram-Schmidt method for solving the Zernike polynomial with the higher fitting precision is presented and used to analyze the wave front aberrations for the circle interference fringe of the fine polished aluminum disk surface captured by a Twyman-Green interferometer system. We find the stability of the Zernike coefficients changes with changing the Zernike term, which has lead to the wrong expression for the wave front aberration. By analyzing the condition number of the coefficients matrix and the fitting precision of the method, it is indicated that the instability can be avoided when the Zernike term is lower than 14. Such an analysis will be valuable in solving the Zernike polynomial for the wave front aberration analysis in optical testing.     

反射镜补偿检验

在光学加工中,反射镜可以很好地补偿待检镜,解决加工中的一些难题。通过三级像差理论求解反射镜补偿检验二次曲面的初始结构参量,令球差系数∑S1=0,补偿镜e21可选择球面或椭球面,推导出补偿镜和待检镜之间关系的表示式e。21=0、0.1、0.2、0.3、0.4,按公式画出e22/α~β,αr02/r01~β的曲线图,从中确定β∝α,e21,e22,r01,r02,d12的对应关系,解出补偿检验的初始结构参量,分析补偿镜放置待检镜曲率中心前α>0,α>1和后α<0、β≥0,β≤0对应待检镜的e22各种求解。分析看出:这包括了补偿检验的全部功能,对凸和凹的二次曲面都可以进行补偿检验,其中有以前提出的解,也有以前没有发现的解,对补偿检验的全面分析是非常有益的。     

偏振相机的透明元件应力测量北大核心CSCD

应力检测对光学元件的制造和使用意义重大。基于应力双折射原理,提出了一种利用偏振相机测量应力分布的方法。根据Stokes矩阵和Mueller矩阵推导出应力值及应力方向计算公式,并对影响系统测量精度的主要误差进行了理论分析。为验证方法的可行性,搭建了一台测量应力分布的装置。使用该装置测量一块633 nm的四分之一波片,测得其误差为0.86 nm。进一步测量,得出一块车灯透镜的全场应力相位延迟量与应力方向图,利用所测相位延迟量计算出透镜中心区域的应力双折射值为9.21 nm/mm、主应力差为2.45 MPa;利用符号规则调整了透镜的应力方向,结果符合应力连续性原则。该方法测量应力分布时无需旋动光学元件,可实现应力延迟量及应力方向的实时测量。     

Compensating Large PMD by Four Free degrees in an OTDM System

In this paper, by introducing a two-stages polarization mode dispersion (PMD) compensator after a optical fiber link with a large PMD, we compensated over 270ps first-order and 2000ps2 high-order PMD in a optical fiber link with super high PMD. Our experimental results shows that, the compensators based on the two-stages of compensator can be used to PMD compensation in a 20Gb/s OTDM system with 60 km high PMD fiber. Before compensation,270ps DGD is became into max. 7ps after compensation. At simultaneity, the tunable FBG have a function of dispersion compensation.     

低串扰的多波长光纤光栅色散补偿器

分析了光纤光栅色散补偿系统中的串扰，并比较了几种常用的多波长光纤光栅色散补偿器的串扰特性，结合串联的窄带光纤光栅和取样光纤光栅的优点，提出一种抑制光纤光栅色散补偿系统串扰的方法.它通过在邻近信道间引入随机时延差，既能改善取样光纤光栅的线性串扰特性，又能抑制交叉相位调制效应和四波混频等非线性串扰.使用该方法可以得到具有低串扰的多波长光纤光栅色散补偿器.