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题名	光子筛光学特性研究
作者	何 渝
学位类别	博士
答辩日期	2015-05
授予单位	中国科学院研究生院
授予地点	北京
导师	胡 松 ; 赵立新
关键词	光子筛 矢量衍射 偏振特性 长焦深光子筛 色差补偿 方孔光子筛
学位专业	光学工程
中文摘要	在极紫外、软X射线及硬X射线等极短波谱范围，传统的光学材料吸收性极强，因此折射光学系统难以适用，而衍射光学系统可以胜任。菲涅尔波带片就是一种特殊的衍射结构，它是由一系列宽度不同的同心圆环组成，通过各环带的衍射光在焦面发生相干叠加形成聚焦光斑。近年，随着人们对分辨力的要求日益苛刻，需要更高分辨力的衍射光学元件，然而菲涅尔波带片的分辨力极限由其最外环宽度的特征尺寸决定，严重受限于现有微细加工技术水平。 2001年，Kipp等人提出了光子筛的概念，采用微纳透光小孔取代菲涅尔波带片的环带结构。与菲涅尔波带片相比，光子筛具有明显的优势：（1）在相同的最小特征尺寸下，光子筛具有更高的分辨力；（2）光子筛设计自由度更大，通过优化设计微纳小孔的直径、位置和数量，能够更好的抑制旁瓣和其他衍射级次，成像对比度更好；（3）光子筛不存在分离结构，不需要额外的支撑结构，更加利于轻量化的实现。由于这些优点，光子筛在阵列直写光刻、大口径望远镜以及X射线聚焦成像等领域已经逐步取代菲涅尔波带片，成为研究热点。 本论文对光子筛的光学特性作了比较全面的研究。针对光子筛低数值孔径和高数值孔径的不同情形，分别分析了其标量衍射和矢量衍射特性，并对两种情况下的设计方法进行比较，证实了高数值孔径下对光子筛结构进行重新优化的必要性；利用光子筛小孔位置和尺寸变化对相位的共同调制特性，设计了新型的准相位型光子筛，在相同加工条件下，能够实现更加锐利的聚焦光斑；分析了照明光源对光子筛聚焦特性的影响，重点分析光源偏振特性对高数值孔径光子筛聚焦特性的影响，对线偏振光、径向偏振光以及角向偏振光三种特殊情况进行了数值仿真分析，表明偏振特性对衍射光场的横向分布和纵向分布都存在显著的影响；对光子筛的焦深特性进行研究，并设计了长焦深光子筛，阐述两种不同设计思路，并进行数值仿真，验证两种设计均能实现纵向强度一致性较好的聚焦光斑；研究了光子筛的像差特性，重点研究光子筛的色差特性，并进行了色差补偿设计，实现了连续较宽光谱范围和离散多波长照明条件下的聚焦，初步提出光子筛波像差等效模型的建立方法；分析了光子筛制作误差对聚焦效果的影响，针对大口径、低数值孔径光子筛应用和加工需求，提出一种方孔型光子筛结构及制作方法，进行了理论分析、数值仿真和实验验证，证明该光子筛在保持聚焦特性的同时，制作过程中耗时更少、成本更低。
语种	中文
公开日期	2015-12-24
内容类型	学位论文
源URL	[http://ir.ioe.ac.cn/handle/181551/3036]
专题	光电技术研究所_光电技术研究所博硕士论文
作者单位	中国科学院光电技术研究所
推荐引用方式 GB/T 7714	何 渝. 光子筛光学特性研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2015.

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