發(fā)布時(shí)間：2017-10-30 19:03

  本文關(guān)鍵詞：光子篩光學(xué)特性研究

  更多相關(guān)文章： 光子篩 矢量衍射 偏振特性 長(zhǎng)焦深光子篩 色差補(bǔ)償 方孔光子篩

【摘要】：在極紫外、軟X射線及硬X射線等極短波譜范圍,傳統(tǒng)的光學(xué)材料吸收性極強(qiáng),因此折射光學(xué)系統(tǒng)難以適用,而衍射光學(xué)系統(tǒng)可以勝任。菲涅爾波帶片就是一種特殊的衍射結(jié)構(gòu),它是由一系列寬度不同的同心圓環(huán)組成,通過(guò)各環(huán)帶的衍射光在焦面發(fā)生相干疊加形成聚焦光斑。近年,隨著人們對(duì)分辨力的要求日益苛刻,需要更高分辨力的衍射光學(xué)元件,然而菲涅爾波帶片的分辨力極限由其最外環(huán)寬度的特征尺寸決定,嚴(yán)重受限于現(xiàn)有微細(xì)加工技術(shù)水平。2001年,Kipp等人提出了光子篩的概念,采用微納透光小孔取代菲涅爾波帶片的環(huán)帶結(jié)構(gòu)。與菲涅爾波帶片相比,光子篩具有明顯的優(yōu)勢(shì):(1)在相同的最小特征尺寸下,光子篩具有更高的分辨力;(2)光子篩設(shè)計(jì)自由度更大,通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)微納小孔的直徑、位置和數(shù)量,能夠更好的抑制旁瓣和其他衍射級(jí)次,成像對(duì)比度更好;(3)光子篩不存在分離結(jié)構(gòu),不需要額外的支撐結(jié)構(gòu),更加利于輕量化的實(shí)現(xiàn)。由于這些優(yōu)點(diǎn),光子篩在陣列直寫(xiě)光刻、大口徑望遠(yuǎn)鏡以及X射線聚焦成像等領(lǐng)域已經(jīng)逐步取代菲涅爾波帶片,成為研究熱點(diǎn)。本論文對(duì)光子篩的光學(xué)特性作了比較全面的研究。針對(duì)光子篩低數(shù)值孔徑和高數(shù)值孔徑的不同情形,分別分析了其標(biāo)量衍射和矢量衍射特性,并對(duì)兩種情況下的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行比較,證實(shí)了高數(shù)值孔徑下對(duì)光子篩結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新優(yōu)化的必要性;利用光子篩小孔位置和尺寸變化對(duì)相位的共同調(diào)制特性,設(shè)計(jì)了新型的準(zhǔn)相位型光子篩,在相同加工條件下,能夠?qū)崿F(xiàn)更加銳利的聚焦光斑;分析了照明光源對(duì)光子篩聚焦特性的影響,重點(diǎn)分析光源偏振特性對(duì)高數(shù)值孔徑光子篩聚焦特性的影響,對(duì)線偏振光、徑向偏振光以及角向偏振光三種特殊情況進(jìn)行了數(shù)值仿真分析,表明偏振特性對(duì)衍射光場(chǎng)的橫向分布和縱向分布都存在顯著的影響;對(duì)光子篩的焦深特性進(jìn)行研究,并設(shè)計(jì)了長(zhǎng)焦深光子篩,闡述兩種不同設(shè)計(jì)思路,并進(jìn)行數(shù)值仿真,驗(yàn)證兩種設(shè)計(jì)均能實(shí)現(xiàn)縱向強(qiáng)度一致性較好的聚焦光斑;研究了光子篩的像差特性,重點(diǎn)研究光子篩的色差特性,并進(jìn)行了色差補(bǔ)償設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)了連續(xù)較寬光譜范圍和離散多波長(zhǎng)照明條件下的聚焦,初步提出光子篩波像差等效模型的建立方法;分析了光子篩制作誤差對(duì)聚焦效果的影響,針對(duì)大口徑、低數(shù)值孔徑光子篩應(yīng)用和加工需求,提出一種方孔型光子篩結(jié)構(gòu)及制作方法,進(jìn)行了理論分析、數(shù)值仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,證明該光子篩在保持聚焦特性的同時(shí),制作過(guò)程中耗時(shí)更少、成本更低。
【關(guān)鍵詞】：光子篩 矢量衍射 偏振特性 長(zhǎng)焦深光子篩 色差補(bǔ)償 方孔光子篩
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院研究生院（光電技術(shù)研究所）
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：O572.31
【目錄】：

• 致謝3-4
• 摘要4-5
• ABSTRACT5-7
• 目錄7-9
• 1 緒論9-17
• 1.1 前言9-10
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展10-15
• 1.2.1 光子篩特性的理論研究10-11
• 1.2.2 光子篩優(yōu)化設(shè)計(jì)11-13
• 1.2.3 光子篩應(yīng)用研究13-15
• 1.3 本論文研究?jī)?nèi)容15-16
• 1.4 章節(jié)安排16-17
• 2 光子篩衍射理論17-36
• 2.1 引言17
• 2.2 菲涅爾波帶片成像理論17-18
• 2.3 光子篩標(biāo)量衍射模型18-22
• 2.4 低數(shù)值孔徑光子篩設(shè)計(jì)22-27
• 2.5 入射光源對(duì)光子篩成像特性的影響27-32
• 2.5.1 光源為點(diǎn)光源情況28-29
• 2.5.2 高斯光束垂直入射情況29-30
• 2.5.3 高斯光束傾斜入射情況30-32
• 2.6 光子篩矢量衍射模型32-33
• 2.7 高數(shù)值孔徑光子篩優(yōu)化設(shè)計(jì)33-35
• 2.8 小結(jié)35-36
• 3 光子篩偏振特性研究36-45
• 3.1 引言36
• 3.2 線偏振光36-38
• 3.3 徑向偏振光38-40
• 3.4 角向偏振光40-41
• 3.5 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證41-44
• 3.6 小結(jié)44-45
• 4 光子篩焦深特性研究45-56
• 4.1 引言45
• 4.2 普通光子篩的焦深特性45-48
• 4.3 長(zhǎng)焦深光子篩設(shè)計(jì)48-55
• 4.3.1 扇形分區(qū)48-51
• 4.3.2 環(huán)形分區(qū)51-55
• 4.4 小結(jié)55-56
• 5 光子篩像差特性研究56-66
• 5.1 引言56
• 5.2 光子篩的色差特性研究56-64
• 5.2.1 理論推導(dǎo)56-59
• 5.2.2 設(shè)計(jì)實(shí)例59-64
• 5.3 光子篩的等效波像差模型64-65
• 5.4 小結(jié)65-66
• 6 光子篩制作方法及加工誤差分析66-83
• 6.1 光子篩制作方法66-68
• 6.2 光子篩加工誤差分析68-72
• 6.2.1 小孔半徑誤差的影響68-69
• 6.2.2 小孔中心位置誤差的影響69-70
• 6.2.3 小孔邊緣粗糙度的影響70-71
• 6.2.4 小孔橢圓度的影響71-72
• 6.3 采用步進(jìn)投影數(shù)字光刻技術(shù)制作光子篩的方法72-82
• 6.3.1 步進(jìn)數(shù)字投影光刻技術(shù)72-75
• 6.3.2 方孔型光子篩設(shè)計(jì)75-78
• 6.3.3 方孔型光子篩制作流程78-81
• 6.3.4 方孔型光子篩聚焦實(shí)驗(yàn)81-82
• 6.4 小結(jié)82-83
• 7 總結(jié)與展望83-85
• 7.1 論文總結(jié)83
• 7.2 論文創(chuàng)新點(diǎn)83-84
• 7.3 展望84-85
• 參考文獻(xiàn)85-93
• 作者簡(jiǎn)介及在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果93

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