主動光(guāng)學技術最早由(yóu)歐洲南方天文台提出,並率先進行研究。在天(tiān)文學領域,主動光學技術作(zuò)為反射鏡像差校正的有效手段,用於改善望遠鏡中(zhōng)反射鏡的麵形誤差,其原理是通過(guò)分布在反射鏡背麵的促動器陣列向反射鏡施加軸向作(zuò)用力進行鏡麵(miàn)麵(miàn)形(xíng)控製,達到校正波麵誤差的目的。
目前國內外對於主動光學技術的研究主要集中在拚接技術(shù)、大口徑和(hé)薄反射鏡麵形誤差校正方麵,且主(zhǔ)要應用在天(tiān)文觀(guān)測望遠鏡上。而對透鏡主動光(guāng)學的研究,尤其在光刻投影物(wù)鏡中,主動鏡的研究方麵開展(zhǎn)的較少。
主動光學(xué)支撐結構(gòu)模型
在投影物鏡的曝光過程中,高能量激光通過物鏡時,由於鏡(jìng)片的能量(liàng)吸收(shōu),導致鏡片溫度升高,產生熱變形及鏡片折射率變化。物鏡在曝光(guāng)過程中,激光能量分布並不(bú)是旋轉對稱的,由非(fēi)均勻分布能(néng)量(liàng)產生的非旋轉對稱像差如像散(sàn),難以通過鏡片位置的調整來補償,目前大多采用主動光學的辦法產生與熱像差相反的變形,以改善成像質量。補償(cháng)技術實際上就是通過某種(zhǒng)結構和途徑,人(rén)為地產生出可控的、與原變形方向相反
變形以改善原有像差。
支撐結構的鏡框采(cǎi)用整體結構,由外框、內框、柔性體等組成。內框和外框之間采用4 個柔性體連接,柔(róu)性體在平行於光軸方向上的剛度大,在垂直於光軸方向的扭轉剛度小,這(zhè)使得內框在光軸方向上的位移量很小,在垂直(zhí)於光(guāng)軸方向上,內框在驅動力作用下(xià)容易產生彎曲變形。上、下驅動器作(zuò)用塊連接在內(nèi)框上,用於承載上、下驅動力。鏡(jìng)片采用膠粘的方式連接到內框上(shàng),隨內框(kuàng)一(yī)起(qǐ)變形。由於上、下驅動器作用塊上力的方向相反(fǎn),導致鏡框和鏡(jìng)片產生變形以補償光學係統中的像散。
關鍵參(cān)數對(duì)鏡片麵形的影響(xiǎng)規律
由於驅動器采用(yòng)氣動波紋管,選用波紋管(guǎn)內徑10 mm,氣(qì)壓調節精(jīng)度 2 kPa,得出最小可(kě)控驅動力為0.157 N,在此驅動力基礎(chǔ)上分析(xī)鏡片厚度,柔性體長度、寬度、高度和驅動力大小對鏡片麵形的影響規(guī)律,本文隻取鏡片上表麵的 RMS 值作(zuò)為麵形參考,在有限元分析中考慮重力的影響。
鏡片(piàn)厚度對鏡片麵形的(de)影響規律
分析鏡片厚度對鏡片麵形的影響規律,可以為光學係統設計中平麵鏡尺寸的選擇提供參考依據。在外界條(tiáo)件(jiàn)一定時,鏡片越厚變形(xíng)越小,在最小驅動力的(de)作用下導致的鏡片麵形的變化量決定了整個結構對像差的補償分辨率。對(duì)於一般的係統(tǒng),像差的補償分辨率應(yīng)足夠小才(cái)能滿足補償(cháng)精度的要求,所以分析在最小驅動力作用下,鏡片厚度對像差補償分辨率(lǜ)和(hé)鏡片麵形的影響規(guī)律,根據不同的像差補償精度的要求(qiú),選取合適的鏡片厚(hòu)度。
柔性體結構尺寸對鏡片麵形的影響(xiǎng)規律(lǜ)
柔(róu)性體在與光軸(zhóu)平行的方向(xiàng)上剛度大,與光軸垂直(zhí)的方向上的扭轉剛度小,又是連接(jiē)內(nèi)框與外框唯一的紐帶,導致其允(yǔn)許內框繞垂直(zhí)於光軸的兩個方向(xiàng)旋轉,而柔(róu)性體的尺寸(cùn)決定了(le)各個方向上的剛度(dù),所以柔性體的結構尺寸在一定程(chéng)度上決定了內框的變形量(liàng)大小,即鏡片麵形 RMS 的大小。下麵分別分析柔性體的(de)長度、厚度和高度的(de)變化對鏡片麵形的影響規律(lǜ)。
1) 柔性體長度對鏡片麵形的影響規律
2) 柔(róu)性體厚度對鏡片麵形的(de)影響規律(lǜ)
3) 柔性體高度對鏡片麵形的影響規律
非均勻照明為(wéi)投影物鏡引入了不可避免的旋轉(zhuǎn)非對稱像(xiàng)差,如像(xiàng)散。本文針對透射式投影物鏡中存在的像散(sàn),提出了采用平麵透鏡作為像散補償鏡(jìng)的方法,對補償鏡的支撐結構(gòu)進行設(shè)計和仿真分析,為投影(yǐng)物鏡中像散補償鏡及其支撐結構的選擇和設計提供參考。分析結(jié)果得到支撐結構(gòu)的幾個關鍵尺寸參數和驅動力大小對(duì)鏡片(piàn)麵形的影響規律近似為線性曲線,鏡片厚度對麵形的影響規律近似(sì)為指數曲線,得到了不同驅動力所導致的麵形圖。麵形補償分辨率(lǜ)約為 2 nm。結果表明本支撐結構在補償像散時,引入項中絕大部分(fèn)為(wéi)像散,高(gāo)階像差非常小可以忽略(luè)。