1 中材人工晶体研究院有限公司，北京100018
2 北京中材人工晶体研究院有限公司，北京100018
照明系统是光刻机的重要组成部分，其主要功能是对激光光束进行扩束、整形和匀光。石英晶体x晶向具有本征双折射特点，以其原理制作的偏振装置可实现对光束偏振态的控制，配合离轴照明，能够进一步提高光刻机照明系统的分辨率和成像质量。受传统石英晶体生长工艺和晶体自范性限制，用于偏振装置的大口径石英波片(＞50 mm)一直是石英晶体研究的难题。本文利用平行定向生长水热工艺，系统调整温度、压力、矿化剂种类和浓度、节流挡板开孔率等参数，成功合成了可用于193 nm波长的高透过率石英单晶，并加工出已知报道的最大尺寸160 mm石英波片坯料。实验过程中使用改进的框架籽晶法淘汰了可遗传腐蚀隧道缺陷，通过优化原料配比进一步降低Al3+、Na+等微量元素含量，控制升温曲线实现籽晶界面晶格匹配，从而淡化籽晶外延区域均匀性差异。对单晶样品进行微量元素含量、内透过率、双折射性能和光学均匀性表征，结果表明，石英晶体微量元素总含量控制在7×10-6以内，内透过率达到99.80%/mm，双折射率差不均匀性低于0.029 7%，140 mm有效通光口径内光学均匀性PV值达到3.9×10-6。
石英晶体 照明系统 深紫外 波片 偏振装置 水热法 quartz crystal illumination system deep ultraviolet waveplate polarization device hydrothermal method
华中光电技术研究所—武汉光电国家研究中心, 湖北武汉 430223
波罗棱镜谐振腔激光器具有机械稳定度高、光束质量好的特点。波罗棱镜会使入射光退偏, 调 Q时 1/4λ波片无法有效工作, 需要使用适当的波片补偿。利用琼斯矩阵建立波罗棱镜谐振腔调 Q的数学模型并进行求解计算。分析了不同波罗棱镜方位角下的最优补偿波片并计算了波片公差、波罗棱镜折射率公差、方位角安装公差等对消光比的影响。当波罗棱镜水平放置, 波片相位公差±0.02λ, 关门消光比大于 20dB; 波罗棱镜 45°/135°放置时, 存在四种对应的最优关门波片, 波罗棱镜方位角 0±4.66°的范围内, 关门消光比可大于 30dB。以上结果为波罗棱镜谐振腔调 Q激光器的设计提供更优及更具工程化意义的依据。
波罗棱镜 波片 调 Q激光器 偏振 琼斯矩阵 Porroprism waveplate Q-switchedlaser polarization Jonesmatrix
王爽 1,2,3,4崔志英 2,4冯华君 2,4李克武 1,2,3,4,*王志斌 3,**
1 中北大学 计算机科学与技术学院，太原 030051
2 宁波永新光学股份有限公司，宁波 315040
3 中北大学 山西省光电信息与仪器工程技术研究中心，太原 030051
4 浙江大学 光电科学与工程学院，杭州 310041
为了实现对波片快轴方位角和延迟量参数快速、高精度测试，提出了一种基于双弹光级联差频调制的波片参数测量方案。选用两个工作频率不相同的弹光调制器级联，构成偏振分析测量装置。波片的两个参数被加载到偏振分析装置的调制信号中，采用数字锁相技术同时提取调制信号的基频项和差频项，然后完成波片全部参数求解。按照原理分析，搭建了实验系统，并完成了系统初始偏移值定标，完成了632.8 nm的1/4波片，532 nm的1/4波片和1/2波片实验测量。实验结果表明，本文方案的快轴方位角测量最大偏差为0.2°，角度测量标准偏差为0.02°；波片的相位延迟量标准偏差优于5.64×10-4 rad，单点数据测量时间仅为200 ms。考虑到波片材料的双折射色散，根据检测激光波长下测量的相位延迟量，进一步计算出应用波长的波片延迟量。测量值与理论值最大偏差不超过1.17 nm，延迟精度优于λ/300。本文方案实现了高速、高精度和高灵敏的波片参数测量，可为波片加工测试和实验定标提供有效手段。
弹光调制 差频调制 波片 快轴方位角 延迟量 Photolastic modulation Differential frequency modulation Waveplate Fast axis azimuth Retardation 光子学报
2023, 52(11): 1112002
1 中国科学院云南天文台，昆明 650216
2 中国科学院大学，北京 100049
为了精确测量非消色差波片的延迟量与快轴方位角，基于拟合光强法与光谱分析法建立了一套高精度测量系统，实现了特定波长下非消色差波片延迟量在的高精度测量。对波片延迟量的测量方法及误差来源进行了详细的模拟分析。在拟合光强法下，重点仿真了光源光强抖动变化、检偏器初始安装精度、旋转波片定位精度等随机误差与各项系统误差对测量精度的影响，详细分析了拟合光强法不能精确测量波片延迟量为的原因。在光谱分析法下模拟了光源光强抖动变化、光谱的单色精度、检偏器定位精度引入的测量误差。在测量系统的建立中对上述两种测量方法影响较大的误差均进行了抑制，并对探测器的光电响应非线性效应进行了矫正。最后利用该测量系统对标称的波片、波片、波片进行了相关实测并利用非线性最小二乘法对测量数据进行处理，获得了参考波长在632.8 nm的各波片的相位延迟量与快轴方位角。由该测量系统的实测结果可知：本文采用的拟合光强法测量波片、波片延迟量的测量误差小于，测量精度比传统光强测量法高一个数量级以上。对于非消色差波片，在该测量系统下切换终端光强接受设备并采用光谱分析法对其进行测量，测得其延迟量误差小于，远小于拟合光强法的测量误差，克服了光强法无法精确测量波片延迟量为的缺陷。实测结果与模拟仿真相符。
测量 高精度 波片 相位延迟 方位角 误差分析 最小二乘法 Measurement High precision Waveplate Phase retardance Fast-axis position angel Error analysis Least squares fitting
北京信息科技大学仪器科学与光电工程学院，北京 100192
太赫兹（THz）技术在无损检测、通信、光谱分析和传感方面的独特应用使其受到了广泛关注，但传统THz波片的体积大、损耗高。超表面是由人工设计的亚波长周期超原子组成的二维平面材料，可以在亚波长厚度下灵活调控电磁波的振幅、相位和偏振，为设计超紧凑和高性能的THz波片提供了平台。综述了基于自然材料、介质光栅和超表面的THz偏振波片，重点介绍了基于超表面的THz波片，包括不同谐振结构、可开关和连续调谐的波片等，最后对这些THz波片的发展进行了总结和展望。
光谱学 太赫兹 波片 超表面 偏振 激光与光电子学进展
2022, 59(13): 1300001
1 军事科学研究院 系统工程院, 北京 100141
2 中国兵器工业标准化研究所, 北京 100089
3 西安应用光学研究所 国防科技工业光学一级计量站, 陕西 西安 710065
为了满足光的偏振特性测量要求, 设计了一套激光偏振度测量仪。该装置利用旋转1/4波片对光波进行调制, 通过对调制信号进行傅里叶分析获得光源的偏振度。利用测量光功率的方式对激光偏振度测量仪的偏振度进行校准, 实验结果表明, 所研制的激光偏振度测量仪测量精度优于0.5%, 满足高精度激光偏振度测量需求。
激光 偏振度测量仪 1/4波片法 嵌入式 laser polarimeter 1/4 waveplate method embedded
上海大学 特种光纤与光接入网省部共建重点实验室, 上海200072
宽带光纤λ/4波片是一种特殊的变速旋转型双折射光纤。当其旋转速度由小到大逐渐增加时, 可将输入的线偏振光转换为圆偏振光, 同时具有理想的偏振变换带宽。结合全光纤电流互感器的光路模型, 分析了宽带光纤λ/4波片的特性对互感器标度因数稳定性的影响。通过在邦加球上的轨迹, 对宽带光纤波片快转端的本征态及两正交本征态间的耦合系数进行了实验研究, 测量了其随温度的变化。实验结果表明, 当波片转速变化曲线满足一定条件时, 宽带光纤λ/4波片的温度效应对电流互感器标度因数稳定性的影响小于0.2%, 远小于窄带光纤λ/4波片的影响。利用宽带光纤λ/4波片可有效提高光纤电流互感器系统的温度稳定性。
宽带光纤λ/4波片 全光纤电流互感器 温度特性 标度因数 broad-band fiber-optic λ/4 waveplate all-fiber optic current sensor temperature characteristics scale factor 红外与激光工程
2018, 47(12): 1222003
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
不同偏振态激光诱导金属表面产生条纹结构的研究有很多，但对形成该结构的机理分析较少。通过在光路中插入1/4波片用于改变飞秒激光偏振态，使产生的偏振激光垂直照射到金属钨表面产生条纹结构，进而研究这种条纹结构的产生机理和激光偏振态对产生这种结构的影响。研究发现，不同偏振态的飞秒激光与对应诱导产生的条纹结构之间具有很好的一致性。当1/4波片周期性单向旋转时，激光偏振态随之周期性变化，金属表面形成的条纹结构的方向也相应地随之改变，最大偏转角度约π/4 。对这种条纹方向随波片旋转而变化现象的机理进行了理论分析，分析表明不同偏振态的飞秒激光诱导金属表面产生条纹结构的方向由激光进入双折射晶体(如1/4波片)后分解的电矢量分量决定。
激光光学 飞秒激光 偏振态 钨 条纹结构 1/4波片
作为常见的偏振光学元件之一的波片, 如1/4波片、1/2波片和全波片, 被广泛应用于高数值孔径(NA)成像系统(偏光显微镜和浸没式光刻机)的偏振检测技术中。随着系统NA的日益增大, 正确分析和精确计算大角度斜入射光波经过波片后产生的相位延迟变得至关重要。目前的分析方法主要是基于电磁波传播理论和光线追迹法两种。由于前人在使用上述两种方法时, 不仅计算过程较为复杂, 没有最终表达式, 而且计算结果存在较大的差异。首先推导波片中e光波法线的折射率表达式, 然后再推导e光光线的折射率表达式, 最后分别利用电磁波传播理论和光线追迹法导出斜入射光波通过波片后的o光与e光之间的相位延迟。计算结果显示, 利用这两种方法得到的相位延迟最终表达式完全一致。准确地描述了波片的相位延迟特性, 为波片的设计和误差分析提供了严格的理论依据, 具有重要的理论意义和应用价值。
物理光学 波片 相位延迟 双折射 e光 o光 physical optics waveplate retardation birefringence extra-ordinary ray ordinary-ray
波片通常用于测量光学系统的偏振效应。对于大入射角的超高数值孔径（NA）成像系统，待测光不再平行于系统光轴，而是与系统光轴有较大夹角的圆锥形光束，所以在高NA的成像系统中使用的波片不是传统的两片式零级1/4波片，而是正负晶体组合的四片式宽视场角（WVA）1/4波片。分析了WVA 1/4波片的装调角度误差（绕成像系统光轴的旋转误差和垂直于系统光轴的倾斜误差）、晶体的厚度和光轴加工误差所引起的附加相位差。分析结果显示，在NA为1.35的光刻系统中，当四片式WVA 1/4波片的装调角度误差和单片晶体光轴加工误差均为±2°时，后者比前者所引起的附加相位差大10倍以上。分析了WVA 1/4波片装调和加工误差引起的最大附加相位差对高NA光刻系统掩模面光偏振度（DOP）的影响。当WVA 1/4波片的附加相位差在±10°以内时，DOP的偏差可以控制在0.1%的范围内。
测量 波片 相位延迟 误差 光刻机 偏振检测技术
