Исследование и разработка метода математического моделирования влияния оптической анизотропии на качество изображения прецизионных оптических систем
Диссертация
На протяжении многих лет интенсивно ведутся исследования и разработки в области дифракционной теории света. Из-за сложности математического описания на данный момент остаются нерешенными аналитически многие дифракционные задачи, возникающие в самых разных областях современного оптического приборостроения, фотолитографии, атак же в технологиях, тесно связанных с развитием новых методов оптического… Читать ещё >
Содержание
- ГЛАВА. Основные принципы и способы решения дифракционного интеграла, используемые в оптике
- 1. 1. Обзор основных теорий
- 1. 2. Выбор подхода, удобного для описания светового поля
- ВЫВОДЫ
- ГЛАВА. Математические модели формирования изображения
- 2. 1. Описание векторного поля через электрический диполь
- 2. 2. Описание поля, прошедшего через объект
- 2. 3. Описание поля, прошедшего через оптическую систему
- 2. 4. Векторная модель формирования изображения, основанная на геометрической оптике
- 2. 5. Описание влияния входной апертуры
- ВЫВОДЫ
- ГЛАВА. Задачи матричной оптики: учет малого двойного лучепреломления и влияния оптических покрытий на формирование изображения
- 3. 1. Описание состояния поляризации векторных плоских волн
- 3. 2. Математическая модель учета влияния оптической анизотропии
- 3. 3. Модель формирования оптического изображения
- ВЫВОДЫ
- ГЛАВА. Проблемы дискретизации векторной математической модели формирования изображения
- 4. 1. Выбор шагов дискретизации
- 4. 2. Основные алгоритмы моделирования изображения
- 4. 3. Генерация тест-объектов и анализ качества оптического изображения
- ВЫВОДЫ
- ГЛАВА. Компьютерное моделирование формирования изображения высокоапертурными оптическими системами
- 5. 1. Обзор результатов моделирования
- 5. 2. Влияние высокой числовой апертуры
- 5. 3. Влияние входной апертуры
- 5. 4. Влияние двойного лучепреломления и оптических покрытий
- 5. 5. Формирование полихроматического изображения
- ВЫВОДЫ
Список литературы
- М.И. Апенко, А. С. Дубовик. Прикладная оптика. -М. Наука, 1982. -353 с.
- В.К. Аблеков, Высокоразрешающие оптические системы. -М. Машиностроение, 1985. -176 с.
- Б.Н. Бегунов. Теория оптических систем. -М. Машиностроение, 1981.-432 с.
- Блейхут Р. Быстрые алгоритмы цифровой обработки сигналов. -М. Мир, 1989. с. 128−169, 259−302.
- Борн М., Вольф Э. Основы оптики. -М. Наука, 1973. -720 с.
- Вознесенский Н. Б. Ортогональные полиномы для описания аберраций оптических систем с различными видами симметрии. Известия вузов СССР. Приборостроение. № 5, с. 92−94, 1982.
- Вознесенский И.Б., Белозубов А. В., Вознесенская Н. Н., Виноградова Г. Н. Описание векторного электромагнитного поля в двойном дипольном приближ:ении. Оптический журнал. Том 69, № 3, март, 2002, стр. 5−10.
- Вознесенский Н. Б., Родионов А., Домненко В. М., Иванова Т. В. Векторная модель дифракции в оптических системах. Тезисы международной конференции «Прикладная оптика — 96″.
- Вознесенский Н. Б., Родионов А., Домненко В. М., Иванова Т. В. Математическая модель дифракции в оптических системах с высокими числовыми апертурами. Оптический журнал. Том 64, № 3, с. 48−52, 1997. ^
- Справочник по высигей математике. М. Я. Выгодский, М., Джангар, 1999,864 с. 5^ Вычислительная оптика. Справочник. Под общей редакцией М. М. Русинова. -Л. Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1984. -423 с.
- Гальперн Д.Ю. Геометрическая оптика кристаллов. Труды ГОИ, Ленинград, 1981. — 130с.
- Гудмен Дж. Введение в Фурье-оптику. -М. Мир, 1970. -364 с.
- Гудмен Дж. Статистическая оптика. -М. Мир, 1988. с. 267−306.
- Дж. Голуб, Ч. Ван Лоу Матричные вычисления. -М. Мир, 1999, -548 с
- А. Джеррард, Дж. М. Берн Введение в матричную оптику. — М. Мир, 1978,-342 с
- Игнатовский В. Диффракция в линзах при любом отверстии. Известия Государственного оптического института. Том I, выпуск IV, 1919.
- Какичашвили Ш. Д. Нестационарный векторный дифракционный интеграл Кирхгофа. -Письма в ЖТФ, том 20, вып. 22, 1994. 78−81 с.
- Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. -М. Наука, 1984. -832 с.
- Папулис А. Теория систем и преобразований в оптике. -М. Мир, 1971. — 496 с.
- Проектирование оптических систем. Под редакцией Р. Шеннона, Дж. Вайанта. -М. Мир, 1983. с. 178−332.
- Прикладная физическая оптика. Под редакцией В. А. Москалева, И. М. Нагибина. -Политехника, СПб, 1995, -528 с.
- А. Мешков, Ю. Тихомиров. Visual C++ и MFC Программирование для Windows NT, том 1,2,3, BHV-Санкт-Петербург, 1997.
- Родионов А. Автоматизация проектирования оптических систем. -Л. Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1982. -270 с.
- Родионов А. О дифракции в оптических системах. Оптика и спектроскопия. Том 46, выпуск 4, с. 776−784, 1979.
- Русинов М.М. Техническая оптика. -Л. Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1979. -488 с.
- Старк Г. Применение методов Фурье-оптики. -М. Радио и связь, 1988.-536 с.
- Страуструп Б. Язык программирования C++. -М. „Издательство БИНОМ“, -СПб. „Невский диалект“, 1999. -991 с.
- Стюард И. Г. Введение в Фурье-оптику. -М. Мир, 1988. -182 с.
- Хаус X. Волны и поля в оптоэлектронике. -М. Мир, 1988. -432 с. >. optical systems with high numerical apertures. Proc. SPIE, 1999, Vol.3754, p.366−373.
- Belozubov A.V. 77?^ influence of aberrations on the image quality of subtle periodic structures in case of high entrance numerical apertures. Proc. SPIE, 2001, Vol.4436, p.222−230.
- A.Boivin, E. Wolf. Electromagnetic field near the focus of Gaussian beams, II Phys. Rev., B. 138, 1965, P. 1561−1565.
- C.J. Bouwkamp. On bethe 's theory of diffraction by small holes, II Philips Res. Rep., No. 5, 1950, P. 321−332.
- C.J. Bouwkamp. On the diffraction of electromagnetic waves by small circular disks and holes, II Philips Res. Rep., No. 5, 1950, P. 401−422.
- С J. Bouwkamp, ^'Diffraction theory». Rep. Prog. Phys. 17, pp. 35−100, 1954. X 44. Z. Bouchal, J. Wagner, M. Chlup. Seld-reconstruction of a distorted nondiffracting beam II Optics Com., Vol. 151, 1998, P. 207−211.
- Chang Chih-Yuan, Scaper C. D., Kailath T. Computer-aided optimal design of phase-shifting masks. In Optical Microlithography V, Proc. SPIE, Vol. 1674, pp. 65−72, 1992.
- E.G. Churin, J. Hossfeld, T. Tschudi. Polarization Configurations with singular point formed by computer-generated holograms. II Opt. Commun, Vol. 99, pp. 13−17, 1993.
- Cole D. C, Barouch E., Hollerbach U., Orszag S. A. Derivation and simulation of higher numerical aperture scalar aerial images. Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 31, No. 128, pp. 4110−4119, 1992.
- Frigo M., Johnson S. G. FFTW Tutorial, http://theory.lcs.mit.edu/fftw.
- D.G. Hall. Vector-beam solutions of Maxwell’s wave equation. II Opt. Lett. Vol. 21, P. 9−11, 1996.
- Hillon P. Relativistic theory of scalar and vector diffraction by planar aperture. JOSA A. Vol. 9, No. 10, P. 1794−1800, 1992. > —
- Hopkins H. H. Canonical coordinates in geometrical and diffraction image theory. Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 4, Suppl. 1, pp. 31−35, 1965.
- Hopkins H. H. On the Diffraction Theory of Optical Images. Proc. Roy. Soc. 1.ondon. A217, pp. 408−432, 1953.
- Hopkins H. H. The Airy disc formula for systems of higher relative apertures. Proc. Roy. Soc. London. Vol. 55, P. 116−128, 1943.
- Hsu W., Barakat R. Starton-Chu vectorial diffraction of electromagnetic fields by apertures with application to small-Fresnel-number systems. JOS A, Vol. l l, N o. 2, P. 623−629, 1994.
- Hone-Ene Hwang, Gwo-Huel Yang, Jung-Chuan Chou. Diffraction limit for a T circular mask with a periodic rectangular apertures array II Opt. Eng., Vol. 41, No 10, 2002, P. 2620−2626.
- R.L. Gordon, G.W. Forbes. Optimal resolution with extreme depth of focus II Optics Com., Vol. 150, 1998, P. 277−286.
- P.L. Greene, D.G. Hall. Diffraction characteristics of the azimuthal Bessel- Gauss beam. II JOSA, Vol. 31, P. 962−966, 1996.
- P.L. Greene, D.G. Hall. Properties and diffraction of vector Bessel-Gauss beams. //JOSA, Vol. 15, P. 3020−3027, 1998.
- P.L. Greene, D.G. Hall. Focal shift in vector beams. II Opt. Exp., Vol. 4, P. 411−419, 1999.
- R.H. Jordan, D.G. Hall. Free-space azimuthal paraxial wave equation: the ^ azimuthal Bessel-Gauss beam solution II Opt. Lett., Vol. 19, 1992, P. 427−429.
- G.P. Karmon, M.W. Beijersbergen, A. van Duijl, D. Bouwmeester, J.P. Woerdman. Airy pattern reorganization and subwavelength structure in a focus II JOSA A., Vol. 15, No 4, 1998, P. 848−856.
- M. Lax, W.H. Louisell, W.B. McKnight. From Maxwell to paraxial wave opf/c5//Phys. Rev., Vol. 11, 1975, P. 1365−1370.
- Morse P., Feschbach H. Methods of theoretical physics P. 1−2, N.Y., McGraw- Hill, 1953, p. l978.
- S De Nicola, D. Anderson, M. Lisak. Focal shift effects in diffracted focused beams II Pure Appl. Opt, Vol. 7, 1998, P. 1249−1259.
- Enrico Nichelatti, Giulio Pozzi. Improved beam propagation method equations II Appl. Opt, Vol. 37, No. l, 1998, P. 9−21.
- D. Pohl. Operation of a ruby laser in the purely transverse electric mode ТЕщ II Appl. Phys. Lett., Vol. 20, 1972, P. 266−267.
- Rothschild M. Progress towards sub-100 nm lithography at MIT’s Lincoln 1. aboratory II Lambda Highlights, Vol 54, 1998, P. 1−6
- B. Richards, E. Wolf. Electromagnetic diffraction in optical systems IL Structure of the image field in an aplanatic system II Proc. Roy. Soc. A, 253, 1959, P. 358−379.
- Sheppard C. J. R., Hrynevych M. Diffraction by circular aperture: a generalization ofFresnel diffraction theory. JOSA A. Vol. 9, No. 2, pp. 274−281, 1992
- Sheppard C.J.R., Torok P. Study of evanescent waves for transmission near- field optical microscope II Journ. Mod. Opt, 1996, Vol. 43, No. 6, T P. 1167−1183.
- Sheppard C. J. R., Torok P. Approximate forms for diffraction integrals in high numerical aperture focusing. Optik. Vol. 105, No. 2, pp. 77−82, 1997.
- Sheppard C.J.R., Gu M. Imaging by a high aperture optical system II Journ. Mod. Opt, Vol. 40, P. 1631−1651, 1993.
- Sheppard C.J.R., Torok P. Efficient calculation of electromagnetic diffraction in optical systems using a multipole expansion II Journ. Mod. Opt, Vol. 44, No. 4, P. 803−818, 1997.
- Michael Shribak, Shinya Inoue, Rudolf Oldenbourg. Polarization aberrations caused by differential transmission and phase shift in high-numerical-aperture lenses: theory, measurement, and rectification II Opt. Eng., Vol. 41, No 5, 2002, P. 943−953.
- S.R. Seshadri. Electromagnetic Gaussian beam II JOSA A., Vol. 15, No 10, 1998, P. 2712−2719.
- Smith B. W., Flagello D. G., Summa J. R., Fuller L. F. Comparison of scalar and vector diffraction modeling for deep-UV lithography. In Optical/ Laser «^ Microlithography VI, Proc. SPIE, Vol. 1927, pp. 847−857, 1993.
- Velauthapillai Dhayalan, Jakob J. Stamnes. Focusing of mixed-dipole waves II Appl. Opt, Vol. 6, 1997, P. 317−345.
- Velauthapillai Dhayalan, Jakob J. Stamnes. Focusing of electric-dipole waves in the Debye andKirchhoff approximations II Appl. Opt, Vol. 6, 1997, P. 347−372.
- Jakob J. Stamnes, Daya Jiang. Focusing of two-dimensional electromagnetic waves through a plane interface II Appl. Opt, Vol. 7, 1998, P. 603−625.
- Jakob J. Stamnes, Halvor Heier. Scalar and electromagnetic diffraction point- speadfunctions II Appl. Opt, Vol. 37, No. 13, 1998, P. 346−355. / 85
- М. Stalder, M.Schadt. Linearly polarized light with axial symmetry generated by liquid-cristalpolarization converters II Opt. Lett., Vol. 21, 1996, P. 1948−1949.
- Sucharita Sanyal, Partha Bandyopadhyay, Ajay Ghosh. Vector wave imagery using a birefrigent lens II Opt. Eng., Vol. 47, No 2, 1998, P. 592−599.
- Chung-Hao Tien, Yin-Chieh Lai, Han-Ping David Shieh. Polarization analyses of readout signals by a solid immersion lens in phase change recording material II Opi. Eng., Vol. 40, No 10, 2001, P. 2285−2291.
- Torok P, P.D. Higdon, T. Wilson. On the general properties of polarized light conventional and confocal microscopes II Opt. Commun, Vol. 148, 1998, f- P. 300−315−818.
- Anthony A. Tovar. Phase compensation of azimuthally polarized Ji Bessel — Gaussianlaser beams II Appl. Opt, Vol. 37, No 3, 1998, P. 540−545.
- Anthony A. Tovar. Production and propagation of cylindrically polarized 1. aguerre — Gaussian laser beams II JOSA A., Vol. 15, No 10, 1998, P. 2705−2711.
- Lee W. Casperson, Anthony A. Tovar. Hermite — sinusoidal — Gaussian beams in complex optical systems II JOSA A., Vol. 15, No 4, 1998, P. 954−961.
- Visser T. D. Wiersma S. H. Diffraction of converging electromagnetic waves. JOSA A. Vol. 9, No. 11, pp. 2034−2047, 1992.
- Voznessensky N.B. Optimum choice of basic functions for modeling light propagation through nanometer-sized structures II Proc. SPIE., 1999, Vol. 3791, P. 147−157.
- Website ASM Lithography, http://www.asml.com
- Website IBM Research, http://www.research.ibm.com/topics/serious/chip/
- Website Intel Technology Journal, http://developer.intel.com/technology/itj/
- Website Karl Zeiss, http://www.zeiss.de
- Website Numerical Technologies, http://www.numeritech.com 100. WebsИеНаучно-образовательный сервер no физике http://Phys.Web.Ru
- J.J. V^ у nnQ. Generation of the rotationally symmetric TEQI and TMQI modes -^, from a wavelength-tunable laser II IEEE J. Quant. Elec, Vol. 10, 1981, «P. 125−127.
- Wolf E. Electromagnetic diffraction in optical system. Proc. R. Soc, London. Ser. A 253, pp. 349−357, 1959.
- Yasuyuki Unno. Distorted wave front produced by a high-resolution projection optical system having rotationally symmetric birefringence II Appl. Opt, Vol. 37, No/ 31, 1998, P. 442−453.
- K.S. Youngworth, T.G. Brown. Focusing of high numerical aperture cylindrical-vector beams II Optics Exp., Vol. 7, No. 2, 2000, P. 11-%1. — i —
- K.S. Youngworth, T.G. Brown. Inhomogeneous polarization in scaning optical microscopy II Proc. SPIE., Vol.3919, 2000.
- A. Yoshida, T Asakura. Electromagnetic field near the focus of Gaussian beams II Optik, Vol. 41, 1974, P. 281−292.
- A. Yoshida, T Asakura. Electromagnetic field in the focal plane of a coherent beam from a wide-angular annular-aperture system II Optik, Vol. 40, 1974, P. 322−331.
- Yeung M. S. Modeling high numerical aperture optical lithography. In Optical/Laser Microlithography, Proc. SPIE, 1988, Vol.922, p.149−167.
- Bing Zhao, Zhengyuan Cao, Anand Asundl. Diffraction image in an optical Y microscope: application to detection of birefringence II Opt. Eng., Vol. 41, No 4, 2002, P. 751−758. X • <