李世光 1,2,3,*†郭磊 1,2,3,**†曾海峰 1,2,3戢逸云 1,2,3[ ... ]肖燕青 3
1 中国科学院大学集成电路学院，北京 100049
2 中国科学院微电子研究所成果转化部，北京 100029
3 江苏影速集成电路装备股份有限公司，江苏 徐州 221300
光刻技术中的聚焦控制对曝光质量有直接的影响。曝光过程中，为保证良率，曝光区域需要时刻处于焦深范围内。通过建立数学模型，探讨了光刻机系统总离焦量与产品良率的关系，而光刻机的总离焦量又是多种离焦误差共同作用的结果。研究了先进的双工件台光刻系统和应用于掩模板制造的数字微反射镜装置光刻系统的工作流程，分析了与聚焦控制密切相关的若干离焦误差。在诸多误差因素当中，调焦调平传感器对总离焦量有着重要影响，光刻机的聚焦控制很大程度依赖于调焦调平传感器的准确测量。对Canon、Nikon和ASML的调焦调平传感器进行了调研，对比研究各自的传感器原理和结构，为光刻机的聚焦控制分析提供参考。
激光与光电子学进展
2022, 59(9): 0922016
提出了一种多焦点人工晶体的设计方法，即将达曼波带片作为光学部刻入单焦点人工晶体表面。达曼波带片由一系列的同心圆环构成，是将达曼光栅的位相调制思想引入传统波带片而形成的一种实用光学元件。经过对衍射级次的调制，它能在聚焦透镜后方光场处产生一系列的轴向焦斑分布。通过结合不同数值孔径的聚焦透镜，焦斑的强度分布也会有一定比例的变化。通过理论模拟和实验验证，为多焦点人工晶体的制作提供了一种有效的设计方法。该多焦点人工晶体拥有五个焦点，能够同时提升白内障患者在不同距离视物时的视力，并为他们提供更加清晰细致的成像效果。
衍射 达曼波带片 人工晶体 多焦点 大焦深 激光与光电子学进展
2022, 59(7): 0733001
1 有研科技集团有限公司国家有色金属及电子材料分析测试中心，北京 100088
2 国合通用测试评价认证股份公司，北京 101400
3 北京有色金属研究总院，北京100088
4 山东东仪光电仪器有限公司,山东 烟台 264003
5 中国科学院山东综合技术转化中心烟台中心,山东 烟台 264003
6 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林 长春 13033
基于自行设计搭建的远程激光诱导击穿光谱(LIBS)系统, 完成了远程LIBS的聚焦特性分析, 并对远程 LIBS技术应用于镍基高温合金成分分析的实验方法进行了研究。 该LIBS系统具备激光发射光路和信号采集光路同轴且独立变焦的特点, 通过自动聚焦, 可实现1~10 m的远程分析。 研究表明: 受激光聚焦焦深的影响, 等离子体光信号可探测范围随系统工作距离的增大而增大, 即系统对聚焦精确度的要求降低; 同时, 烧蚀斑点尺寸增大导致的功率密度减小及信号采集立体角的减小, 会使得谱线强度随工作距离的增大成四次方反比关系衰减。 分别使用无内标的标准曲线法和有内标的标准曲线法建立了GH4169镍基高温合金中Ni, Cr, Nb, Mo, Ti和Al六种元素的标准曲线, 有内标的标准曲线的拟合优度R2(0.999 7, 0.999 4, 0.998 7, 0.999 1, 0.998 1和0.999 7)明显优于无内标的标准曲线(0.953 2, 0.876 6, 0.897 4, 0.914 5, 0.938 4和0.991 6)。 对比了LIBS和X射线荧光光谱(XRF)两种分析技术, 对于常量元素Ni, Cr, Nb和Mo, 两种方法的相对标准偏差分别在1.74%~3.90%以及0.10%~0.52%, 相对误差分别在0.21%~0.92%以及0.64%~2.25%; 对于微量元素Ti和Al, 两种方法的相对标准偏差分别为5.58%, 4.15%以及2.39%, 5.64%, 相对误差分别为2.75%, 2.93%以及4.68%, 2.39%。 由于激光诱导等离子体的不稳定性、 烧蚀样品量少的特点, 远程LIBS方法的精密度稍逊于XRF方法, 但LIBS方法通过重复多次测量, 可以有效减小测量误差, 表明LIBS技术应用于镍基高温合金的远程在线分析具有一定的可行性。
激光诱导击穿光谱 远程 焦深 标准曲线法 Laser-induced breakdown spectroscopy Remote Depth of focus Standard curve method
北京师范大学核科学与技术学院射线束技术教育部重点实验室, 北京 100875
X射线光源的焦斑尺寸和焦深对X射线光谱学, 尤其是对于微区X射线衍射与荧光分析等领域十分重要的参数。 如何高效而准确的表征这些参数对于X射线光源的应用和发展至关重要。 现有的光源参数表征方法, 尤其在表征微焦斑光源的参数时, 都存在自身的局限性。 锥形单玻璃管X射线聚焦镜是一种常用的X射线聚焦器件。 根据锥形单玻璃管X射线聚焦镜滤波特性和几何特点, 分析得到聚焦镜的聚焦光能量上限的大小受到光源焦斑尺寸的影响, 提出这个能量上限与光源尺寸和光源到聚焦镜入口的距离之间的数学关系。 设计了一种基于锥形单玻璃管X射线聚焦镜的表征X射线光源参数的方法。 对锥形单玻璃管X射线聚焦镜的参数进行测量和确定后, 将聚焦镜放置要测量的光源前, 与光源形成聚焦光路。 在光路准直并确保只有在聚焦镜内发生单次全反射的X射线射出聚焦镜的情况下, 通过改变聚焦镜与光源焦斑距离并利用能谱探测系统来探测聚焦光并得到多个对应的聚焦光能谱。 对所得能谱进行计算与分析, 得到各能谱中的能量最大值, 即聚焦光的能量上限。 利用聚焦光能量上限、 光源焦斑尺寸和光源到聚焦镜的距离之间的关系并结合线性拟合法, 可同时得到光源焦斑尺寸和焦深。 选用制造商给出焦斑尺寸约60 μm, 焦深为20 mm的微焦斑钼靶光源作为测量对象, 利用基于锥形单玻璃管X射线聚焦镜的表征方法测量的结果为焦斑尺寸为60.1 μm, 焦深为19.7 mm。 用小孔成像法表征该光源焦斑尺寸为60.3 μm, 焦深为20.1 mm。 相较于现有的方法, 基于锥形单玻璃管X射线聚焦镜的表征X射线光源参数方法对表征微焦斑光源有一定优势, 对表征高能X射线光源有潜在发展和利用价值。
X射线光源 焦斑尺寸 焦深 全反射 锥形单玻璃管X射线聚焦镜 X-raysource Focal spot size Focal depth Total reflection Tapered glass monocapillary X-ray condenser 光谱学与光谱分析
2021, 41(9): 2812
1 上海大学理学院, 上海200444
2 中国科学院上海光学精密机械研究所信息光学与光电技术实验室, 上海 201800
3 中国科学院大学材料与光电研究中心, 北京100049
圆环达曼光栅(CDG)产生的贝塞尔光束照明可以扩展光学相干层析成像(OCT)系统的焦深,使得系统在较大成像深度范围均保持高的横向分辨率。但CDG一级衍射环的分裂效应会导致贝塞尔光束轴向能量分布出现凹陷,削弱了焦深扩展的效果。本研究团队在分析CDG衍射原理的基础上,优化设计了无一级衍射环分裂效应的CDG,并通过仿真证明了该CDG产生的贝塞尔光束不存在轴向能量凹陷,具有更好的焦深扩展效果;然后将优化设计的CDG应用于搭建的OCT系统中,采用该系统对聚苯乙烯微球琼脂凝胶、白胶带等样品进行成像。结果表明,该OCT系统可以在1.8 mm的焦深范围内获得优于3.9 μm的横向分辨率,有效扩展了系统焦深。
医用光学 光学相干层析成像 焦深扩展 贝塞尔光束 圆环达曼光栅 中国激光
2021, 48(20): 2007002
哈尔滨工业大学航天学院光电子信息科学与技术系，黑龙江哈尔滨 150080
近红外高斯激光束在强激光与材料相互作用、激光清洗、激光燃烧诊断等热点研究领域中发挥着重要的作用。然而，高斯光束能量分布的不均匀性阻碍了这些领域的深入发展。为提高工作效率和测量精度，实际应用中往往期望光束能量在较大工作距离内呈均匀分布，但现有光束整形方法无法同时满足长焦深和高激光耐受功率要求。为此，本文基于非球面像差效应提出并设计了一种新型长焦深高斯激光束均匀化光学系统，系统由非球面光束均匀化系统和球面长焦准直系统两部分组成，所有透镜均采用熔融石英并在其表面镀有增透膜，能够实现 99.9%的光学系统传输效率。系统工作波段为 1064 nm，工作距离为 1000 mm，系统总长为 135.2 mm，耐受激光功率不小于 300 W。设计结果表明：整形后的平顶高斯光束有效焦深为 ±100 mm，光束均匀性≥95%，会聚角为 17.52 mrad，能够满足上述应用场景的实际需求。本文设计的光束整形系统相比于其他激光光束均匀化系统，具有结构简单、易于加工、成本低、焦深长、耐受激光功率高、光束均匀化效果好的特点。
像差效应 长焦深 高斯光束 光束均匀化系统 耐受激光功率 aberration effect, long focal depth, Gaussian beam
1 北京遥感设备研究所，北京 100854
2 哈尔滨工业大学 空间光学工程研究中心，黑龙江 哈尔滨 150001
波前编码技术通过在光学系统光瞳位置加入特殊的相位掩模板，对目标信号光波进行编码调制，并在图像处理端对该编码信号进行解码而恢复原图像，由于被编码调制后的波前对离焦等像差的不敏感度扩大了十数倍，能显著扩大光学系统焦深。因此，波前编码技术能在编码与解码之间解决恶劣力热条件或多色制导体制对弹载红外探测系统带来的离焦和对准误差。文中基于波前编码扩大焦深基本原理，对一长长双色红外光学系统进行了10倍焦深扩大的波前编码像差钝化设计。集成样机后，进行了波前编码成像实验。以小孔点靶编码像作为PSF解码10倍离焦位置处的十字靶和四条靶图像，十字靶和四条靶解码图像清晰可辨，证明波前编码技术对于系统像差或离焦像差的抑制是有效的。最后，对波前编码成像效果进行了分析：解码图像的水波纹是由于空间采样PSF不足导致的，可提取不同视场位置PSF，使用空间变化解码算法实现条纹消除；由于解码图像会在放大信号的同时放大噪声，因此，解码算法需要进一步研究噪声抑制算法，以期满足弹载高能量、高信噪比应用的要求。
波前编码 焦深 红外探测 像差钝化 wavefront coding focus depth infrared detection aberration inactivation 红外与激光工程
2020, 49(4): 0404001
浙江大学光电科学与工程学院,现代光学仪器国家重点实验室, 浙江 杭州 310027
小型化探头是内窥光学相干层析成像(Optical coherence tomography, OCT)中的普遍需求。介绍了包括基于球透镜、光纤透镜、自聚焦光纤、自由曲面透镜、无透镜的OCT技术的发展历程,总结和比较了各种技术的优劣,为探头的小型化设计提出了建议。研究探头的焦深拓展技术对分辨人体内细胞的在体成像的发展具有重要意义。介绍了几种重要的适用于小型化探头的焦深拓展技术,其中基于模式干涉的探头由于易于制作、结构紧凑、传输效率高,同时具有可以优化工作距离、焦深和轴向光强均匀性的优点,在拓展小型化探头的焦深方面具有一定的发展潜力。
生物光子学 光学相干层析成像 内窥成像 光纤探头 模式干涉 焦深拓展
