1 广东正业科技股份有限公司，广东 东莞 523000
2 吉林大学电子科学与工程学院，吉林 长春 130012
针对硬质材料高数值孔径（）微透镜阵列制备难的问题，提出一种基于像差的自调制激光加工方法。该方法将飞秒激光聚焦于石英衬底的下表面，能够实现对激光焦点的纵向拉伸，结合氢氟酸溶液湿法刻蚀实现了具有高数值孔径微透镜的制备。结果表明，利用该技术通过改变单脉冲能量能够对微透镜形貌进行调控，在此基础上进一步优化离焦位置，有效地增大了微透镜的数值孔径，制备出达到理论极限（=0.46）的高数值孔径石英微透镜。相对于传统的正面加工方法，所提方法方式不仅提升了微透镜的数值孔径，而且无需复杂的光调制系统，对于高性能硬质材料微透镜阵列的制备与实际应用具有重要的意义。
激光技术 飞秒激光加工 高数值孔径 微透镜阵列 熔融石英 光学学报
2023, 43(16): 1623019
依据角向偏振涡旋光束强聚焦有径向分量的结论,修正了角向偏振涡旋光束的强聚焦场公式,重新研究了高阶角向偏振拉盖尔高斯涡旋光束经过衍射光学元件和高数值孔径透镜后的强聚焦特性。结果发现,在焦平面附近获得了新的三维三光链结构(沿着光轴方向的一条三维主光链和对称的两条三维傍轴次光链),详细分析了入射光束缔合拉盖尔多项式的径向模数和光束的拦截比、衍射光学元件结构和聚焦系统的数值孔径对三光链的影响。结果表明,径向模数的改变会破坏三光链结构,通过调控衍射光学元件结构和拦截比可以重新获得对称性更高的三光链结构,从而实现对三光链结构的高自由度调控。
物理光学 偏振 涡旋光束 衍射光学元件 高数值孔径 三光链
南京理工大学 电子工程与光电技术学院, 江苏 南京 210094
针对癌细胞突变基因诱导荧光信号弱、光谱覆盖范围宽、现有显微镜不能检测等局限, 本文设计了光谱波段为450~800 nm、数值孔径为0.95的荧光显微物镜。物镜采用+ + -结构, 因宽光谱、大数值孔径像差校正难度大、透镜片数多、装调困难, 前组设置成敏感组分, 承载物镜装调的调校功能, 承担90%以上光焦度; 中间组为弱光焦度组分, 用于校正大数值孔径下的二级光谱, 显著降低了二级光谱校正元件的加工难度; 后组为负光焦度组分, 用于平像场和增大物镜的工作距离。物镜的设计参数为: 总长58 mm、工作距0.21 mm、视场0.625 mm、倍率40×、数值孔径0.95, 结果表明: 其像质接近衍射极限, 畸变小于0.2%, 满足多种癌细胞突变基因的弱信号生物监测设计要求。
光学设计 显微物镜 宽光谱 大数值孔径 复消色差 optical design microscope objective wide spectrum high numerical aperture apochromatic
华侨大学 信息科学与工程学院, 福建省光传输与变换重点实验室, 福建 厦门 361021
为了获得多种类型的波长量级聚焦光斑，研究了一种新型涡旋光束，高次方涡旋光束经过大数值孔径透镜的聚焦。基于矢量德拜积分公式，理论上研究了线偏振的高次方涡旋光束经过大数值孔径透镜的聚焦特性。研究了涡旋光束的拓扑荷数和幂次方数对聚焦平面光强和电场x分量的相位分布的影响。研究结果表明，通过控制涡旋光束的拓扑荷数和幂次方数可以产生不同类型的聚焦光强分布，例如尺寸约为2个波长大小的实心和空心型聚焦光斑。此外，与普通的涡旋光束聚焦不同，高次方涡旋光束聚焦后的奇点并不在焦点处。这些特殊的聚焦光斑有望在微粒的操控等领域中得到应用。
涡旋光束 大数值孔径 深聚焦 相位奇点 vortex beam high numerical aperture tight focusing phase singularity 强激光与粒子束
2018, 30(1): 011002
设计了衍射光学元件，利用该元件对入射的角向偏振拉盖尔-高斯矢量光束进行调制，在高数值孔径聚焦透镜的焦平面附近获得了沿光轴方向成对的三维多点光俘获结构--双光链。分析了入射光束的参数（缔合拉盖尔多项式的拓扑荷数和径向模数以及光束的拦截比）、衍射光学元件的内外环结构和聚焦透镜的数值孔径对双光链的影响。结果表明，改变拓扑荷数和径向模数会破坏双光链结构，通过调节拦截比和衍射光学元件的结构可重新获得双光链，从而实现对双光链结构的高自由度控制。
物理光学 衍射 矢量光束 衍射光学元件 高数值孔径 双光链
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 应用光学国家重点实验室, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
针对45 nm节点投影光刻物镜的应用, 开展了工作波长为193 nm的深紫外浸没式高数值孔径(NA)投影光刻物镜的研究和研制。设计了数值孔径(NA)为1.30的离轴三反射镜投影光刻物镜和NA为1.35的同轴两反射镜投影光刻物镜, 并对两个设计方案的优劣进行对比分析, 选择了同轴式结构作为最终的设计方案。分析了系统在不同NA情况下可变光阑与其远心度之间的关系, 提出了用双可变曲面光阑的设计方案来优化系统的远心度。实验表明, 应用本文设计方案, 光刻物镜的波像差小于1 nm, 畸变小于1 nm; 新型的可变光阑使系统NA在0.85~1.35变化时的最大远心度由5.83~17.57 mrad降低至0.26~3.21 mrad。本文提出的设计方案为45 nm节点高数值孔径投影光刻物镜的研制提供了有益的理论依据和指导。
光学设计 高数值孔径(NA)投影光刻物镜 深紫外投影光刻物镜 远心度 曲面光阑 optical system design high Numerical Aperture (NA)lithographic lens Deep Ultraviolet(DUV)lithographic lens telecentricity curved stop aperture
1 中国科学院 光电技术研究所, 四川 成都 610209
2 电子科技大学, 四川 成都 610054
3 中国科学院大学, 北京 100049
设计了基于振幅型棋盘光栅的二维剪切干涉仪, 用于测量大数值孔径(NA)物镜的波像差。研究了棋盘光栅剪切干涉仪的基本原理, 分析了大数值孔径物镜波像差测量时涉及的几个特殊问题。首先, 根据棋盘光栅的远场衍射函数分析了棋盘光栅的衍射效率和衍射级分布, 给出了剪切干涉图数据的处理方法。接着, 根据球面光瞳坐标与平面探测器坐标的投影关系, 分析了光瞳坐标畸变的影响; 采用几何光线追迹方法, 分析了光栅方程非线性对系统误差的影响。最后, 推导了物镜光瞳边缘的相对照度与数值孔径的关系。试验结果表明：采用相同光瞳坐标, NA为0.6的显微物镜的波像差测量重复性（3σ）可达到3.7 mλ。对大数值孔径物镜测量过程中涉及的特殊问题进行了探讨, 结果提示：测量大数值孔径物镜的波像差时, 需要考虑光瞳坐标畸变、光栅方程引入的系统误差、光瞳边缘照度衰减的影响等。
波像差测量 剪切干涉仪 大数值孔径（NA）物镜 光刻物镜 wavefront aberration measurement shearing interferometer high Numerical Aperture(NA) objective lithographic objective
1 西北大学 光子学与光子技术研究所 省部共建光电技术与功能材料国家重点实验室培育基地, 西安 710069
2 西北大学 物理学院, 西安 710069
3 西安市教育科学研究所, 西安 710003
为了揭示高数值孔径光学系统在多重初级像差共同作用时受到的影响, 基于衍射理论, 研究了多重初级像差, 特别是彗差、象散和球差对汇聚高斯光束的影响效果.通过数值模拟计算, 获得了在彗差、象散和球差共同作用下, 汇聚高斯光束在焦平面处光斑的光强分布, 发现多重像差对聚焦光斑的影响并非各单像差影响效果的简单叠加.通过对高数值孔径光学系统激光焦斑的实际测量, 发现其光强分布特点与数值模拟结果具有高度的一致性.研究结果对于评估与分析实际的光学系统具有一定的指导意义.
多重初级像差 高数值孔径 衍射理论 高斯光束 数值模拟 Multiple primary aberration High numerical aperture Diffraction theory Gaussian beam Numerical simulation
国防科学技术大学 理学院 工程物理研究所, 长沙 410073
以飞秒激光器为光源, 搭建记录测量聚焦光斑的光学实验系统, 研究飞秒径向偏振光紧聚焦特性.数值模拟表明当物镜数值孔径为0.9, 波长为750 nm时, 线偏振光和径向偏振光焦斑的最小半高全宽分别是1.3 μm和1.0 μm.实验中, 使用全息干板作为记录介质, 记录和测量微小的聚焦光斑, 并通过精密电动平移台实现几十纳米量级步长的移动, 获得精确焦平面处的聚焦光斑.测量结果表明, 线偏振光和径向偏振光焦斑的最小半高全宽分别是4.6 μm和2.9 μm.在高数值孔径聚焦条件下, 径向偏振光可以获得比线偏振光更细锐的聚焦光斑.
径向偏振光 紧聚焦 实验研究 高数值孔径 Radially polarized light Tight focus Experimental research High numerical aperture
