Orthogonal Aberration Functions for Microlithographic Optics

Newly developed orthogonal aberration functions are reviewed. The new functions can be utilized to express aberrations of a high NA and wide field optical system like a microlithographic projection lens. The new functions are orthogonal to each other and expressed by a simple combination of Zernike function(s) of pupil coordinates and Zernike function(s) of field coordinates.     

后向动态光散射系统的像差分析与校正

针对后向动态光散射颗粒测量系统信噪比较低的问题,从光学系统的像差入手,采用Zemax对其进行了仿真和分析,并提出了校正方案。首先介绍了后向动态光散射颗粒测量系统的基本原理和光学系统,从校正像差的角度出发,采用Zemax对后向动态光散射系统进行仿真,并对其像差进行分析。然后根据仿真结果,提出了校正方案,采用Ze-max设计了方案中的参数,得出了理论上的校正结果。最后采用优化好的结果进行后向动态光实验,得到了实验数据。均值误差和重复性误差分别达到了1.52%和1.24%。满足国标均值误差和重复性误差小于2%的要求。     

Determination of Aberration Coefficient of Microoptic Arrays from Axial Confocal Response by Neural Method

We propose a high-speed and parallel method to determine lens aberrations from its confocal axial response. This method analyzes the intensity confocal response including the aberration information of the objective lens by means of neural network algorithm. This method is designed to work parallely for many microlenses, and simultaneously determines aberrations of each element of a microlens array. A prototype system can determine spherical aberration coefficients of a microlens in the range from −0.7λ to 0.3λ with less than 1% RMS error.     

脉冲压缩光栅光路调节新方法研究

介绍了一种简单而实用的大口径脉冲压缩光栅光路调节方法,有效解决了普通光路调节方法中轴向调节精度不高的问题。首先由全息透镜(光栅)成像公式出发,推导出了该光路调节的基本原理。并从光栅记录系统与光栅衍射波像差的关系,结合初级像差理论推导得出叠栅条纹像差为0.4786λ,大约是光栅衍射波像差(0.25λ)的两倍,利用此关系也可对光栅衍射波像差进行实时监测。从数值模拟结果可知,利用叠栅条纹法调节光路可将光栅波像差减至0.06λ,相应的轴向误差量为0.007 mm,可有效提高了轴向调节精度。     

带电粒子光学系统优化问题的研究

对带电粒子光学系统的优化过程进行了研究,提出将象差的优化与透镜场形的优化分离开来。在象差的优化中考虑含光学参数的隐式约束条件。该优化过程只需做简单的积分运算,因此不必花费时间计算电磁场。在透镜场形的优化中,其优化模型与一般电磁系统的优化完全一样,因而可以采用已经研究的很多的电磁场的优化方法来优化透镜的场形。计算了两个优化的实例。     

Simulation of Differential Phase Detection Method Combined with Astigmatic Method using a Half Mirror in an Optical Pick-up

In an error detection optical system for optical pick-ups using a parallel plane type half mirror, influence on the differential phase detection (DPD) signal by a coma aberration was simulated. The coma aberration deforms the spot profile on the photodetector and influences the DPD signal level characteristics and the offset characteristics with respect to the objective lens shift. In the 4-segment-type DPD, the coma aberration caused by a half mirror 2.75 mm thick hardly affects the DPD signal if the photodetector is not misaligned. On the other hand, the 2-segment-type DPD has a small offset variation with respect to the objective lens shift and a large variation of the DPD signal level against the misalignment of the photodetector in comparison with the 4-segment-type DPD when there is no coma aberration. In the presence of a coma aberration, however, these variations of the 2-segment-type DPD are suppressed by choosing a pair of elements without the coma apex part of the spot.     

应用场光线传递方程计算鱼眼镜头像场像差

应用场光线传递方程,从鱼眼镜头的孔径光阑处,逆向追迹场光线传递方程,确定任意视场角场光线的初始位置,即光阑球差.正向追迹场光线计算鱼眼镜头系统物、像空间视场角之间的关系曲线;用多项式拟合求出关系曲线的解析表达式.通过反演运算,根据畸变图像复原物的图像分布,达到消除鱼眼镜头成像系统畸变的目的.最后,计算了一个160°鱼眼镜头光学系统的光阑球差和图像的畸变,并应用本文方法复原物的图像分布.计算结果表明:光阑球差的计算结果与真值的相对误差小于1%;复原的物方图像径向高度相对误差小于0.25%,说明本文计算鱼眼镜头像场像差的方法是可行的.     

长焦距宽波段光学系统二级光谱及畸变——波差法参数求解(续)

本文论述了用波差法求解星模拟器上的光学系统各透镜光焦度和曲率半径的方法。为了校正长焦距、宽谱段光学系统二级光谱与畸变，系统的前后组分别在正逆光路下，各自保留约同值反号的位置色差及球差，用波像差法能较准确的解出其解。     

一种基于共轭节面的图像畸变分析方法

无像差的光学相机的成像模型可由其共轭节面模型等效表示。针孔模型本身忽略了偏离该等效模型的误差,也无法表示平板玻璃的平移误差、光轴的安装误差以及实际相机光学系统的像差,这四个因素都会引起图像畸变。基于此利用共轭节面的性质建立了一种图像畸变几何模型,并与广泛采用的像差模型进行了对比,从理论上解释了像差模型各个系数的物理意义。对某实际针孔相机进行仿真分析,该几何模型给出的相对径向畸变、角度误差在设计参数的范围以内,并且可以模拟图像的非对称畸变。该几何模型需要辨识包含主面相关参数、光轴倾斜角和平板玻璃的轴向球差在内的4个参数,辨识参数较少,理论上可以作为一种新的图像畸变校正方法。     

高斯光束经过负球差透镜的聚焦

本文讨论高斯光束经过负球差透镜的聚焦，得到了聚焦光场轴上点的光强分布的表示式，并对其进行数值计算。数值计算结果表明，在负球差的情况下，得到光强的最大点位置（最佳聚焦点）相对于无球差情况，往透镜方向移动，并且，最佳聚焦点的光强较无球差时大，当Ｎｗ＝１，Ｎａ＝５，ｋＳ１＝－０．２时，得到的最佳聚焦点的光强是无球差时的１．３４倍。本文还讨论了透镜的菲涅尔数对聚焦光场分布的影响。结果表明，当透镜的菲涅尔数小于１时，球差对高斯光束的聚焦的影响可以忽略。     

无光焦度校正器和单一反射镜组成的光学系统

从三级像差理论出发分析了由两透镜无光焦度校正器和单一反射镜组成的光学系统，讨论两透镜无光焦度校正器放置在单一反射镜前和后组成的光学系统的各种消像差条件。并给出求解两透镜无光焦度校正器参量的计算公式。     

物镜象差对分辨率影响的一种测量分析法

物镜的分辨率除受入射波长、照明相干度和物镜的数值孔径影响外,很大程度上还受物镜象差的影响.本文提出了一种定性分析测量物镜象差和加工装配误差对分辨率的综合影响的新方法,利用该方法对两不同物镜象差影响进行测试和分析并用这两物镜进行了曝光光刻试验,光刻试验的结果和测量分析的结果相吻合.     

具有层状晶状体的人眼模型的光学性质

为了更加符合眼睛的解剖学结构,用建立的层状结构晶状体模型代替了Hway-Lan Liou眼模型中的折射率连续变化的晶状体模型。从而建立了新的眼睛模型。在这个新的层状晶状体模型中,最外层前后表面的非球面系数与解剖学数据相符。由于层状结构使光线追迹具有特殊性。因此用C语言编制了光线追迹程序,并对此眼睛模型的光学性质进行了研究。结果表明,晶状体层数较少时,眼睛的球差曲线出现翼状结构．即层状晶状体的引入使眼睛具有多焦性．并对这种现象进行了解释;具有层状结构晶状体的眼睛和具有折射率连续变化的晶状体的眼睛能够给出等价的球差结果。     

一种凸非球面镜补偿检验的新方法

凸非球面检验是光学检验中一个比较困难的问题。结合一块Φ110mm的凸双曲面镜,在分析几种传统检验方法的基础上,提出了一种用透镜组补偿检验凸非球面的新方法。令球差系数∑S1=0,用三级像差理论求解光学系统的初始结构,并通过Zemax光学设计软件对初始结构进行优化,克服了传统检验方法的缺点和不足。从设计结果可以看出,系统的像差得到了很好的校正,使得凸双曲面达到了很高的检验精度,从而使非球面的检验更加方便。     

Differential algebraic method for arbitrary-order chromatic aberration analysis of electrostatic lenses

In this paper, differential algebra is applied to calculate arbitrary high-order chromatic aberrations of electrostatic electron lenses. Expressions of differential algebraic form of high-order combined chromatic aberration coefficients are obtained and arbitrary-order chromatic aberrations can be calculated numerically. As an example, a typical Schiske's electrostatic lens has been studied. All the first- to third-order chromatic aberration coefficients of the lens have been calculated, and the pattern of the first-order chromatic aberration has been given as well.     

线性色散设计的光谱共焦测量技术

研制了高精度的光谱共焦位移测量系统并完成相关测试。基于色差理论和材料优化选择设计一种色差与波长成线性关系的色散物镜,有助于平衡系统在全测量范围的灵敏度。理论分析了系统参数对系统的影响规律,计算了针孔尺寸与系统的分辨率和信噪比的关系,给出了参数优化结果。利用设计的线性色散物镜和参数优化结果,构建了光谱共焦测量系统,完成了系统的校准、测试和应用研究。结果表明,系统的轴向测量范围达到1 mm,分辨力优于0.5μm,全程测量误差小于2μm,符合设计要求。     

自聚焦透镜列阵的色差测量

本文分析了色差的产生和表示，计算和测量了锂玻璃自聚焦透镜成像系统中的轴向色差与横向色差，讨论了色差对自聚焦透镜列阵成像的影响。     

基于固定校正板和透镜阵列的机载共形窗口像差校正

为了校正大扫描视场机载共形窗口引入的像差,提出一种基于固定校正板和透镜阵列的静态校正方法。首先使用固定校正板校正静态像差;然后在像面前安置固定的透镜阵列,利用透镜阵列中的各个透镜单元分别校正不同扫描角度的动态像差;最后基于所提方法设计应用在机载共形光学系统中的像差校正器。设计结果表明,所提方法在±42°的扫描视场范围内能够良好地校正共形窗口引入的像差。与其他动态或静态校正方法相比,所提方法可以实现大扫描视场机载共形光学系统像差的校正,同时降低机载共形光学系统的质量,提高系统的稳定性。     

同质材料反射系统热特性研究

为从原理上阐述同质材料反射系统的温度特性,并为光学系统设计提供依据。以热变形特征及其计算方法为基础,以光学系统焦点为研究对象,依次介绍单反射镜、共轴多反、离轴反射系统的温度特性,并建立了相应热差模型。仿真结果表明,离轴三反系统后焦距随温度的变化情况与对应镜筒的热变形量完全一致,其在较大温差范围内具有良好的成像质量。由温度变化引起的热离焦可被镜筒补偿,验证了理论模型的正确性,得出在均匀温度场条件下同质材料反射系统无热差的结论。因此,当光学系统尤其是热差效应明显的红外系统采用同质材料反射系统时具有良好的温度适应性。     

双透镜无光焦度校正板和单一反射镜的研究

对双透镜无光焦度校正板和单一反射镜组成的光学系统进行了研究,利用三级像差理论分析了消像差条件,并得出了一组被证明是正确的公式.根据该公式可以求出光学系统的初始结构参量.对于在球面镜反射系统中,基于像差特性分析,得出了系统的最佳结构和双透镜无光焦度校正板中单透镜光焦度的最佳选择.