二次非球面反射鏡聚焦成像特性矢量理論研究.pdf

1、反射鏡的無色差聚焦和能夠獲得NA接近1的特性使其在共焦顯微技術(shù)、光刻技術(shù)、光學(xué)存儲技術(shù)、納米粒子捕獲技術(shù)等領(lǐng)域獲得越來越多的應(yīng)用。由于低階的二次非球面反射鏡具有加工難度低、聚焦特性獨(dú)特等優(yōu)點(diǎn),因此成為科研人員的研究熱點(diǎn)。大數(shù)值孔徑光學(xué)系統(tǒng)的聚焦場三維分布與入射光的偏振態(tài)有關(guān),因此必須采用矢量衍射理論進(jìn)行分析。
　　本文首先開展了橢球反射鏡的聚焦特性矢量研究?；诘掳?沃爾夫積分,給出了線偏振入射時橢球反射鏡的聚焦場三維表達(dá)式,實(shí)現(xiàn)

2、了對橢球反射鏡的聚焦特性矢量理論分析。在已建立的橢球反射鏡的聚焦模型基礎(chǔ)上，給出了徑向偏振光入射時橢球反射鏡的聚焦場三維分布,并且探討了電偶極子在橢球反射鏡中的成像特性。針對拋物面反射鏡的聚焦問題,在斯特爾頓-朱積分的基礎(chǔ)上，通過求解拋物面反射鏡上的電磁場邊界值問題,給出了孔徑角過π/2的拋物面反射鏡的聚焦場三維表達(dá)式。特別針對求解過程中所做的關(guān)于拋物面反射鏡上的二次反射場假設(shè),給出了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。主要內(nèi)容包括：⑴推導(dǎo)出了橢球反射鏡的切趾因

3、子,在德拜-沃爾夫積分基礎(chǔ)上建立了橢球面反射系統(tǒng)的聚焦場矢量分析理論。分析表明,NA=0.95條件下,x方向線偏振光入射時,橢球反射鏡的y軸主瓣寬度比透鏡的壓縮12.07％。徑向偏振光入射時,橢球反射鏡的可以獲得橫向電場幾乎為零的聚焦場。為橢球反射鏡在高分辨率共焦顯微鏡和近場光學(xué)中的應(yīng)用提供了理論依據(jù)。⑵建立了電偶極子在橢球反射鏡和雙消球差透鏡系統(tǒng)的聚焦成像理論。仿真分析表明,當(dāng)電偶極子放置在焦點(diǎn),且電偶極子振動方向平行于系統(tǒng)軸時,其聚

4、焦光斑呈面包圈狀。然而,振動方向垂直于系統(tǒng)軸時,電偶極子的聚焦像場為實(shí)心光斑。當(dāng)電偶極子橫向離焦放置時,仿真結(jié)果表明,反射系統(tǒng)的離軸像差(如彗差)比較敏感。單分子在橢球反射鏡中的成像特性為確定單分子的空間振動方向提供了一種有效手段。⑶在斯特爾頓-朱積分的基礎(chǔ)上，通過求解拋物面反射鏡上的電磁場邊界值條件問題,給出了孔徑角過π/2的拋物面反射鏡的聚焦場三維表達(dá)式。仿真分析表明,線偏振光入射時,一次反射場面積分的貢獻(xiàn)占主要部分,而端面輪廓線積