偏振像差理论及其应用
毕业论文关键词 偏振像差理论 Zemax 光刻物镜 偏振光线追迹
Title Polarization Aberration Theory And Application
Abstract The residual polarization is the main factor that affects the imaging quality of most large numerical aperture and large incident angle optical system. In order to find the method to reduce the polarization aberration and improve the imaging quality of the optical system, a series of research on the theory of polarization aberration is carried out. Zemax software is used to construct the lithography lens and find the factors that affect the polarization aberration. Systematically introduces the development history and current research situation of the theory of polarization aberration, the definition and origin of polarization aberration, the Jones algorithm for describing the polarization properties of optical systems, the definition of the polarization aberration function and its calculation method——polarization ray tracing method. Compare the polarization state of the linearly polarized light and the elliptical polarized light on the incident plane and the exit pupil. Demonstrate the effect of polarization aberration on the imaging quality of optical system. Find several factors that affect the polarization aberration of optical system —— angle of incidence, film, polarization separation and wavelength range.
Keywords: polarization abberation theory; Zemax; lithography lens; polarization ray tracing;
目次
1引言1
1.1偏振像差理论的研究背景1
1.3本论文主要工作2
1.4本章小结3
2偏振像差理论4
2.1偏振像差概述4
2.2偏振像差的算法5
2.3偏振像差函数8
2.4本章小结10
3Zemax软件平台上的偏振像差分析12
3.1光刻物镜的构建12
3.2偏振光线追迹12
3.3薄膜镀制13
3.4图表的绘制14
3.5本章小结14
4光刻物镜的偏振分析15
4.1研究光刻物镜偏振像差的必要性15
4.2软件模拟偏振像差的影响15
4.3光刻物镜的偏振分析结果16
4.4本章小结22
结论24
致谢25
参考文献26
1 绪论 1.1 偏振像差理论的研究背景 在传统的光学设计中，入射光线的波前经过光学系统之后，都默认不会改其振幅和偏振态。当光线非正入射到光学界面上时，光线的偏振态会发生改变，所以，所有的光学系统都会对入射光的偏振态产生影响，改变入射光的偏振态。这种由于光学系统产生的偏振被称为仪器偏振[1]。 在被默认为是非偏振的光学系统中，光学系统产生的仪器偏振被称为残余偏振[2]。残余偏振会对光学系统的成像质量与精度产生影响，尤其是对大入射角的光学系统，例如那些带有折叠镜、全息图或是掠入射元件的光学系统。偏振光椭圆率测量仪，偏光计等用于测量光的偏振态的仪器也会因为残余偏振的存在，使得测量精度下降[2]。所以，设计能够减少偏振像差的光学系统成为了近年来研究的热门话题。 本课题的研究目的包括:理解与掌握偏振像差的定义与计算方法，用Zemax 软件对光刻物镜进行偏振分析，找出光学系统偏振像差的影响因素，提出降低系统残余偏振，提高系统光学性能的方法。 1.2 偏振像差理论的发展以及国内外研究现状 从20世纪50年代开始，国外就对偏振像差理论进行了一系列的研究[3]。源`自*吹冰~文·论^文`网[www.chuibin.com最初只是通过对分光计、干涉显微镜、太阳磁场测量仪器等具体的光学系统进行研究，来讨论仪器偏振对光学系统精度和成像质量的影响。 Russell A．Chipman博士在20世纪80年代提出了偏振像差的概念，此后，Chipman博士等一大批研究人员对光学系统中的偏振像差做了大量的研究，并取得了突破性的进展[4]。随着偏振光线追迹法的提出，偏振像差理论逐步成型并在实际生产中得到了广泛的应用[4]。 1979年，Howell用Mueller矩阵法分析了辐射计量仪中的偏振问题[5]。 1981年， Knowlden利用偏振光线追迹法，计算了光线经过镀有薄膜的非平面时的偏振态，分析了薄膜产生的偏振效应 [6]。 1989年，美国空军与NASA要求阿拉巴马州大学为其设计用于测量磁场的高精度的日光矢量磁力记录仪。为了满足测量精度，阿拉巴马州大学重点考虑了偏振像差对仪器精度产生的影响，通过合理的光学系统设计与薄膜设计，最终将仪器偏振控制在了 以下[7]。 20世纪90年代，光学系统的仪器偏振越发受到人们的重视，为了能够全面系统地对光学系统的偏振像差进行研究， SPIE成立了偏振技术研究小组。 许多用于光学设计的软件，例如：ZEMAXEE，CODE V,SYNOPIS等都开始发展与完善其偏振分析功能。 21世纪以后，我国开始了对偏振像差的研究。北京理工大学的张颖教授与中国科学院长春光学精密机械与物理研究所的李刚教授对偏振像差理论的实际应用进行了深入的研究。他们的研究成果包括：