本發明專利技術公開了一種用于偏振光產生和檢測的復合波片組的優化設計方法，首先計算由兩個正晶片組成的第一復合波片對任意入射面、任意入射角度入射的光波產生的兩個正交分量的相位延遲，兩個負晶片組成的第二復合波片對任意入射面、任意入射角度入射光波產生的兩個正交分量的相位延遲，第一復合波片和第二復合波片組成的復合波片組對任意入射面、任意入射角度的光波產生的兩個正交分量的總的相位延遲。然后對四個晶片的厚度進行優化設計，使不同入射面、不同角度入射光的兩個正交分量之間的相位延遲量的差別小于±0.5度，由此提高了偏振檢測的精度。該方法適用在任意入射面內、以任意角度入射到四片及4片以上波片構成的復合波片組的情況。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于偏振光傳播理論、偏振器件性能表征、偏振器件設計、偏振光產生和檢測的
，具體涉及一種用于高數值孔徑成像系統偏振光產生和檢測的復合波片及復合波片組的優化設計方法。
技術介紹
高分辨成像需要大數值孔徑(NA)偏振成像技術與系統，例如高分辨偏光顯微鏡或高數值孔徑浸沒式光刻機。但是，高NA偏振成像系統中需要產生偏振光、檢測和控制偏振光特性。產生偏振光、檢測光的偏振態和控制光學系統引起的偏振效應需要在系統中置入各類波片(全波片、1/4波片、1/2/波片或任意波片)，實現任意角度入射的偏振光經過波片 后，其光矢量的兩個正交分量產生特定的相位延遲。通常，由一片波片制成的零級波片(如零級1/4波片，1/2波片或全波片)太薄而難于制作，由兩片具有相同折射率的波片構建的復合波片，可以解決這個問題，即第一片波片的快軸與第二片波片的慢軸重合，調整兩個晶片的厚度，使這兩片波片的厚度差等于零級波片的厚度。但是，在給定的高數值孔徑(ΝΑ>0. 6)成像光學系統中，360度入射面內入射的光波被某一物點衍射的多級衍射光以不同角度入射到波片上，這些不同入射面內、不同角度入射的偏振光波通過波片后，其光矢量的兩個正交分量之間的相位延遲隨光波所在的入射面和入射角度發生變化，進一步引起附加的偏振效應和測量誤差。在高數值孔徑光學系統中，文獻(SPI E，2008，6834:683408-1—683408-14)引入具有不同折射率材料復合波片構成復合波片組，如兩個正晶片( > Iitl)的復合波片和兩個負晶片( < Iltl)的復合波片構成四片式復合波片組，用這樣的方法來減少或補償一種材料構成的復合波片引起的相位延遲隨入射光方向的變化。但是，論文中的利用了近似公式進行復合波片組的設計，而且利用文獻中的近似公式設計的1/4波片并沒有產生相應的相位延遲量。不同角度光入射到兩個正晶片制成的復合波片I和負晶片制成的復合波片2構成四片式復合波片組后，雖然不同角度入射光的兩個正交分量之間的相位延遲量的差別大幅減小，但必須控制不同角度入射光矢量的兩個正交分量之間相位延遲量的差異達到最小或接近零，提高檢測精度；而且由于波片厚度的實際加工能力及精度有限，需要我們對四片式復合波片組進行正確的設計和優化，控制不同入射面、不同入射角度的多個光波經過復合波片組后，不同入射光矢量的兩個正交分量之間的相位延遲量，使其之間的差值控制在最小的范圍內或接近零。
技術實現思路
有鑒于此，本專利技術提供了一種用于偏振光產生和檢測的復合波片組的優化設計方法，能夠對復合波片組中的四個晶片的厚度進行優化，降低不同入射面、不同角度入射的多束光經過復合波片組后，光矢量的兩個正交分量之間的位相延遲量的差別，提高偏振光的產生和檢測精度。本專利技術的一種用于偏振光產生和檢測的復合波片組的優化設計方法，包括如下步驟步驟I、計算求得入射光波經過第一復合波片后的P分量和s分量之間的相位延遲δ1本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種用于偏振光產生和檢測的復合波片組的優化設計方法，其特征在于，該方法包括如下步驟：步驟1、計算求得入射光波經過第一復合波片后的p分量和s分量之間的相位延遲δ1：δ1=2πd1λ(neq2-neq2cos2θ+noq2sin2θnoq2sin2α-noq2-sin2α)+2πd2λ(noq2-sin2α-neq2-neq2sin2θ+noq2cos2θnoq2sin2α)所述第一復合波片包括兩片光軸互相垂直，厚度為d1的第一正晶片和厚度為d1的第二正晶片，且第一正晶片與第二正晶片平行放置；其中，α為入射光波法線與晶片表面法線的夾角，即為入射角；θ為入射光波法線所在的入射面的方位角；λ為入射光線的波長;neq和noq是正晶片的主折射率；步驟2、計算求得入射光線經過第二復合波片后的p分量和s分量之間的相位延遲δ2：δ2=2πd3λ(nos2-sin2α-nes2-nes2sin2θ+nos2cos2θnos2sin2α)+2πd4λ(nes2-nes2cos2θ+nos2sin2θnos2sin2α-nos2-sin2α)所述第二復合波片包括兩片光軸互相垂直，厚度為d3的第一負晶片和厚度為d4的第二負晶片，且第一負晶片與第二負晶片平行放置；nes和nes是負晶片的主折射率；步驟3、計算入射光線經過由第一復合波片和第二復合波片組成的復合波片組后的p分量和s分量之間的相位延遲δ：δ=δ1+δ2=2πd1λ(neq2-neq2cos2θ+noq2sin2θnoq2sin2α-noq2-sin2α)+2πd2λ(noq2-sin2α-neq2-neq2sin2θ+noq2cos2θnoq2sin2α)+2πd3λ(nos2-sin2α-nes2-nes2sin2θ+nos2cos2θnos2sin2α)+2πd4λ(nes2-nes2cos2θ+nos2sin2θnos2sin2α-nos2-sin2α)---(1)步驟4、根據特定系統偏振檢測需求，對復合波片組中各個波片的厚度進行優化設計；S401、對第一復合波片中的第一正晶片的厚度d1、第二正晶片的厚度d2和第二復合波片中的第一負晶片厚度d3和第二負晶片的厚度d4進行初始優化，分別得到各自的初始值，具體方法為：第一復合波片是能夠產生任意相位差的復合波片，第二復合波片為復合零級全波片，那么，α＝0和θ=0時：第一復合波片中的第一正晶片引起的兩個正交分量之間的相位差滿足：|2πλ(neq-noq)d1|=2m1π+kπ2---(2)其中，m1和k均為非負整數；考慮可實現加工的第一正晶片的厚度d10代入式（2）中，計算m1的值后并對其向下取整，再將得到的m1的值重新代入式（2）后，求得第一正晶片的厚度d1的初始值d1r；第一正晶片和第二正晶片構成的復合零級波片厚度差與波長及折射率的關系為：Δ=d1-d2=kλ4(neq-noq)---(3)據此得到第二正晶片厚度d2的初始值d2r＝d1r？Δ；第二復合波片中的第一負晶片滿足：|2πλ(nes-nos)d3|=2m2π---(4)其中m2為正整數；將所選擇用于加工的第一片負晶片的實際厚度d30代入式（4）中，計算m2的值并對m2向下取整，再將得到的m2的值重新代入式（4）中后求得第一負晶片的厚度d3的初始值d3r；再根據Δ＝d3？d4＝0，計算得到第二負晶片的厚度d4的初始值d4r＝d3r？Δ，由此完成了對第一復合零級波片和第二復合零級波片的初始優化；S402、首先，根據應用該方法的實際系統，分別確定入射到復合波片組的光波法線與波片法線之間的入射角α的取值范圍以及入射光波法線所在的入射面的方位角θ的取值范圍；其次，根據步驟S401中確定的d1、d2、d3和d4在各自的初始值...
【技術特征摘要】
1.一種用于偏振光產生和檢測的復合波片組的優化設計方法，其特征在于，該方法包括如下步...
【專利技術屬性】
技術研發人員：李艷秋，董娟，
申請(專利權)人：北京理工大學，
類型：發明
國別省市：
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