支撑变形对亚纳米级面形检测精度的影响

光刻投影物镜中透物镜的面形精度是影响光学系统成像质量的关键因素之一,而支撑变形是影响面形精度的一个非常重要的因素.为提高大口径透镜的光学检测复现性,设计了一种整体式柔性支撑结构,分析了重力作用下弹片数量和各尺寸参数等对透镜面形精度及复现精度的影响.分析结果表明:增加弹片数量、减小支撑距离透镜中心的距离及增大弹片厚度可使透镜的变形减小;可以通过缩短弹片长度、增加弹片厚度及弹片数量来提高复现精度.根据各影响因素与复现性的关系分析得到的优化参数下的复现精度为0.21 nm rms,能够满足深紫外光刻投影物镜中透镜的高精度面形要求.     

非球面扩束器的设计

本文根据像差理论,叙述了非球面扩束器的设计方法。带有高次曲面的扩束器物镜能对大相对孔径的透镜校正像差.通过具体的实例,阐明了相对孔径加大,物镜的高次项增加,目镜结构复杂化,筒长同时可以大大减小。     

提高荧光收集效率的新型微流控芯片检测系统

分析了微流控芯片荧光检测系统,推导了其荧光收集效率,考虑了通道内介质和透镜与微芯片间介质的影响.根据分析结果提出了一种基于普通显微物镜的新型激光诱导荧光检测系统设计,在微芯上胶合棱镜,实现激发光的大角度斜照明.胶合镀有反射膜的椭球透镜作为反光碗,进行背向荧光的反射收集,加入折射率匹配液,减小荧光的发散角度.系统降低了收集物镜工作距离的要求,荧光收集效率比利用常规结构的显微物镜荧光检测系统理论上最高可提高6.3倍,模拟实验结果为4.3倍.     

装夹方式及预紧力对透镜像差特性的影响规律

高精度光刻物镜中的光学透镜在自身重力以及装夹预紧力的作用下,面形会发生变化,从而会对光学系统各种像差造成影响。在考虑透镜自重的情况下,研究了镜片夹紧方式及夹紧力对其像差的影响规律。分别在镜片顶面和侧面施加2～6点均布、均匀载荷,且每种加载情况下夹紧力线性增大,通过有限元仿真计算出各种受力情况下的镜面变形;将变形量数据用66项标准Zernike多项式进行拟合,分析载荷均布点数以及载荷力大小对透镜像差的影响。分析结果表明:各种加载工况下透镜像差中的重要影响项皆为平移、离焦、球差和n-foil(n为均布载荷点数);重要影响项所对应Zernike多项式的系数变化与夹紧力变化呈线性关系。分析结果为补偿透镜像差提供了依据,并能指导像差校正的透镜设计。     

蓝光光学头中非球面物镜的设计

本文是关于蓝光光学头的核心元件--非球面物镜的设计讨论.文中论述了非球面物镜的设计理论、初始结构参数的确定以及如何利用zemax仿真;并介绍了光学头用非球面物镜的评价参数.设计的物镜在有视场角的情况下仍然很好的符合使用要求.     

圆锥曲面Fresnel透镜数值设计方法

Fresnel透镜是最常见的太阳能聚光镜之一,曲面Fresnel透镜通常比平面Fresnel透镜具有更加优越的性能。基于非成像光学理论,提出了一种新型曲面Fresnel透镜的设计方法。曲面Fresnel透镜采用圆锥曲面基底,在满足Fresnel透镜机械参数要求的前提下,实现Fresnel透镜第二工作面面型的求解。基于可加工性的要求,利用该方法设计了不同形状的曲面Fresnel透镜,通过光学仿真分析了曲面Fresnel透镜的结构参数对聚光镜会聚比、容忍角、光照均匀性的影响,并分析了超精密加工条件下,由于加工误差对光学效率的影响。该设计方法为参数化曲面Fresnel透镜的分析提供了一种新的途径。仿真结果表明,具有小深宽比的曲面Fresnel透镜具有更好的均匀性和更高的能量利用率。     

非球面液滴微透镜的轮廓测量方法

对液滴透镜面形的精确测量是用液滴法制作非球面液滴透镜的关键问题之一。提出了一种基于数字图像处理的测量非球面液滴微透镜轮廓的方法,利用光学成像系统将非球面液滴透镜的轮廓成像在CCD接收面上,通过图像采集卡读入计算机,并经图像处理得出透镜面形表达式,以便研究液滴微透镜在不同电场强度下轮廓的变化规律。图像处理的主要步骤包括：对特定区域采取平滑预处理,去除噪声;利用阈值法将灰度图二值化;对二值化后的图像进行轮廓检测;提出了一种简单有效的方法矫正图像的水平偏转;对矫正过后的液滴轮廓的数据进行多项式拟合,分析液滴透镜在不同电压下的各个拟合参数的变化。实验证明：这种方法用于测量非球面液滴微透镜简单、有效,解决了非球面微透镜制作过程中的液滴轮廓的实时测量问题,有助于低像差非球面液滴微透镜的研制。     

Mirror electron microscope for inspecting nanometer-sized defects in magnetic media

We developed a mirror electron microscope (MEM) for the highly sensitive inspection of defects on the magnetic storage disks of commercial hard disk drives (HDDs). Magnetic fields recorded on a magnetic disk do not affect the MEM images for inspection. We used artificial defects in a detection sensitivity evaluation to test the effectiveness of our MEM inspection tool and found that it was sensitive enough to detect defects that were 67 nm in diameter and 7 nm in height. The size of a MEM image for a defect was eight times larger than the physical size measured by an atomic force microscope. The obtained sensitivity is beyond the resolution power of the objective lens of the MEM itself. This is because MEM images the distortion of static electrical potentials spread over a larger area than the physical size of a defect itself and the image is obtained in out-of-focus condition of an objective lens. The image acquisition time was 50 ms, which corresponded to the inspection time of 4 h for the full surface inspection of a 2.5 in. magnetic disk. MEM is a promising technique for conducting a highly sensitive defect inspection and a high throughput inspection simultaneously as compared with an SEM-based inspection.     

HD-DVD光学系统物镜的设计与研究进展

对于下一代光盘系统而言，GaN激光器和高数值孔径（NA）的物镜是关键组件。本文介绍了几种HD-DVD光学系统物镜的设计方案，并对其进行比较研究，发现要根据不同的要求来设计物镜，对像差要求高的要采用两元件型或者三元件型物镜；而对于要求结构简单、装配容易、工作距离大的光学头，要采用单元型物镜。在解决其与CD和DVD的兼容性问题时，可采用物镜前插入补偿装置来控制物镜的数值孔径。     

扫描电子束曝光机复合物镜的研究与设计

在综合研究已有的各种复合物镜(如移动物镜、变轴物镜和摆动物镜等)的基础上,本文对复合物镜的一般理论进行了探讨,推导了普遍化计算公式,并提出新的复合物镜(弯曲物镜)系统。采用解析函数近似表示系统场分布,对弯曲物镜系统象差进行了理论分析,并设计出一个实际系统。数值计算结果给出该系统在55mm2扫描场内,束孔径角5mrad和能散2.5eV下,最大彗差0.005m,横向色差0.001m。     

激光共聚焦显微镜在磨损表面粗糙度表征中的应用

磨损是材料常见的表面失效现象,粗糙度是数字化描述材料磨损表面形貌特征的最常用参数.采用激光共聚焦显微镜(LSCM),通过调节物镜倍率、测量视场和过滤参数等,能够得到材料磨损表面的真实形貌,同时能够对磨损表面三维(3D)形貌特征进行精确数字化描述.对常见的粗糙度值0.5～2.0μm磨损表面采用20×物镜扫描测量比较合适;粗糙度小于0.5μm的磨损表面宜采用50×物镜;粗糙度大于2.5μm宜采用10×物镜.对比较规则的磨损表面,采用1～3个物镜视场叠加扫描即可得到比较精确的粗糙度值;对于不太规则的磨损表面,则需要3～5个物镜视场叠加扫描.借助这一手段,采用上述优化参数对Cr5冷轧辊材料磨损各阶段试样表面形貌及粗糙度轮廓曲线进行表征、分析,效果较好.     

Single pole-piece objective lens with electrostatic bipotential lens for SEM

This report describes the characteristics for the development of a compound lens that consists of a single pole-piece objective lens and an electrostatic bipotential lens. By applying a relatively small voltage of around 1 kV to the specimen and the bipotential lens, the image quality for low acceleration voltage is improved to a condition better than with just a single pole-piece lens. Even if the wafer is tilted to a large angle, the electric field near the specimen does not become asymmetrical, and there is no occurrence of astigmatic aberration or a reduction of the secondary electron signal. Therefore, 300 mm diameter wafers can be tilted with large angles to observe patterns, particles and defects with high-resolution SEM. Lastly, when the specimen is not tilted, a topographic image of the specimen surface can be obtained by detecting the secondary electron with dual detectors.     

微小激光加工区辐射测温系统的调焦

将红外辐射测温系统用于半导体基片表面温度测量时,系统的调焦状况将影响测温结果的准确性。对这种影响进行了理论计算。结果表明,当被测高温区面积较大时,可以允许较大的调焦范围。但在激光诱导扩散等激光微细加工工艺中,曝光区直径仅数十微米量级,对系统的调焦提出了较高的要求。计算了在可见光波段和近红外波段两种情况下系统成像物镜的焦距。当成像物镜在波长为0.546μm时的焦距为30mm,并固定像距为196mm时,得到在波长为1.335μm时的物距比波长为0.546μm时大1.33mm。利用这个结果,结合在不同物距时系统对被测高温区进行扫描得到的温度分布,提出了调焦的方法。利用该方法,系统物距可调节到最佳物距为中心±0.05mm的范围内,满足了微小面元温度测量的要求。     

利用光纤传像束的内窥镜物镜设计

光纤传像束用于内窥镜时,对内窥镜物镜的结构型式和成像质量提出了新的要求。在分析了其基本设计原则后,根据实际需求,选用反远距型物镜作为初始结构,利用Zemax软件优化设计了一个工作波段0.38~0.78 m,焦距0.921 mm,全视场100、相对孔径1/4的内窥镜物镜。镜头总长10.32 mm,满足像方远心要求,在38 lp/mm频率处MTF值在0.85以上,像质优良;同时,在Tracepro软件中建立了所设计物镜与光纤传像束结合后系统的模型,模拟的系统耦合效率约为96%且出射端照度均匀。结果表明:该物镜具有视场大、短焦距、结构合理、耦合效率高、像面照度均匀等特点,满足内窥镜要求。     

宽光谱日夜两用摄像镜头设计

分析了宽光谱短焦距光学系统的像差特点,并给出该光学系统的传递曲线,同时介绍了采用Zemax设计的日夜两用微型视频摄像镜头,无需调焦,其结构型式为天塞物镜,实现了0.7视场其空间频率为50 lp/mm的调制传递函数均大于0.5,具有较高的分辨率.     

小型线性差动变焦距物镜设计

报导一种用于内镜图象显示仪的小型ＣＣＤ线性差动变焦距物镜。介绍变焦物镜的高斯光学计算，象差校正原理，给出变焦物 镜的象质评价结果。     

Amplitude-division three-electron-wave interference for observing pure phase objects having low spatial frequency

A new interferometry is presented for direct visualization of pure phase objects having low spatial frequency, such as electromagnetic microfields. A thin crystal of silicon prepared using argon ion milling is installed at the standard specimen position. This silicon crystal works as an electron beam splitter and forms diffraction spots in the back focal plane. Using the objective aperture, [000], [111] and [111] spots are selected as coherent electron sources to illuminate the specimen located at the area-selecting aperture position. The lattice image of silicon is formed below the area-selecting aperture position by decreasing the electric current of the objective lens. Three defocused images of the specimen are observed in the fluorescent screen by overexciting the first intermediate lens. We have successfully visualized equipotential lines around a latex particle charged by electron beam irradiation. The computer-simulated image was consistent with the experimental image.     

大口径透镜混合柔性支撑结构优化设计

针对大口径透镜,提出了一种新型混合柔性支撑结构,能够使透镜同时满足面形精度及位置精度要求。首先利用卡氏第二定理对各柔性铰链进行分析,建立支撑组件整体柔度模型。然后以柔性支撑组件的总变形能为目标函数,以位置精度及实际使用空间要求为约束,建立结构优化设计模型。之后确定径向柔性支撑结构对组件整体柔度的敏感度最大并对其刚度进行验证。最后对优化后的透镜组件整体结构进行有限元分析,同时利用曲面拟合方法计算镜面面形精度。仿真结果表明,在该新型混合柔性支撑结构的作用下,透镜在各要求工况下的面形精度均优于λ/20 (λ=632.8 nm)。所设计的新型混合柔性支撑结构及其理论分析过程可为高精度大口径透镜的支撑技术提供参考。     

锥形梯度折射率成像器件的设计与应用

本人根据几何光学理论,讨论了锥形梯度折射率透镜用作倒像器、传象器及内窥镜物镜等成像器件的原理与设计。