Устройство формирования волнового фронта монохроматического излучения

, (юо 5 6 02 В 5/32, 0 ОЗ Н 1/О 2, 6 01 В 9/00ЕТЕНИЯ СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК,(19)(11) ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ ВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) ЗОБР ИСАНИ СКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ А 1." 2 (21) 4730451/25 .: (57) Изобретение относитсяк области опти- (22) 18.08.89 , ческого йриборостроения и может быть ис- (46) 30.12.92, Бюл, М 48:, пользо-вано при контроле качества(71) Самарский авиационный институт, оптических поверхностей, при облучении им.акад, С.П.Королева и Центральное-кон- миаеней,задайной формы в лазерном терструкторское бюро уникального йриборост- моядерном синтезе; Сущность: устройство роения АН СССР ., . содержит оптйчески связан йые иСточник (72) М,А.Голуб; В.А.Сойфер и И,Н,Сисакян . света 1, компейсацйонный фазовый огггиче- (56)Авторскоесвидетельство СССРский элемент 2 и облучаемый предмет 3, М 508671, кл. 6 01 В 11/30, 1976: :.: Компенсационный оптический фазовый элеАвторское свидетельство СССР .:;" мент;выполнен в виде пропускающей или М 277269, кл. 6 01 В 11/02, 1970,.:; .: отражающей зонированной пластины с микАвторскоесвидетельство СССР ., .: рорельефом. Высота микрорельефаи форма 1 ч. 1516767, кл., С 01 В 9/00, 1989,:- .: : эон"изменяются по закбну, соотаетствую-, (54) УСТРОЙСТВО ФОРМИРОВАНИЯ ВОЛ-. щему заданномупреобразованиюволново-НОВОГО ФРОНТА МОНОХРОМАТИЧЕ: г/офронта,1 ил.: .: .:. ф СКОГО ИЗЛУЧЕНИЯд;, :,:.,Изобретение относится к оптическому где Ь(ОМ)- высота микрорельефа пластинкиприборостроению и может быть использо- в точке(0, /);вано при контроле качества оптических по- (О, Я-декартовы координаты в плосковерхностей, при облучении мишеней сти пластийки сначалом в ее центре;заданной формы в лазерном термоядерном 5 + о(О,Я - в случае пропускающей пласинтезе, при контроле формы поверхностей стинки;в ФВОхиностроении - о (О,Я - в случае отражающей плаИзЪестен компенсатор для койтроля ка- стинки;честна-,астрономическйх зеркал, содержа- и(п,б)- коэффициент, описывающийщий исдточдййдк света, компенсатоР в виде 10 Разность показателей пРеломлениЯ мадвух линз. дданн 36:устройство форйидрует териала и рй различных углах наклонаволновой фронт 2-го порядка." освещающего пучка к,плоскости пла-Известно устройство, осуществляющее стинки;способ контроля оптических поверхностейд д дд ид ищ дд дй, д ъф,ид дд: дддледуемой поверхности с эталонным волнои - п з 1 псоввым фронтом, восстановленньм спропускающей пластинки;голограммы,содержащее источник света и (п, О) =2 сОЗ О- для отражающеоптический элемент в виде голограммы, д: стинки",Наиболее близким по технйчдеской сущ А- рабочая Длина волны;, ности к изобретению является устройство .: п - показатель преломления материала,контроля оптических асферических йоверх- . образуЮщегдодмидкрорельдеф;ностей,содержащее последовательно апти- по - показатель пдреломледдния среды, вчески связанные источниксвета,которой находится микрорельеф;коллиматор, светоделитель, шйрокоадпер 0 - угол наклона луча освещающеготурный компенсационный опдтддйчдеский эле-: пучкак плосМостди пластины;мент, который выполнен в вйде набора пзобщф-фуднкция, равная наимендьшемалоапертурных плоскйх фазовых Ойтиче: . му положительйому остатку от деления 1 наских элементов. Каждйй апеРтУРный пло-гп.ский фазовый оптический элемент 30 п 1 - целое число а = 1 2выполнен в виде йропускающей или отра- Ч (О я-эйконал освещающего и чка;жающей пластинки с микрорельедФом;Ч (О У) 0-для ос оОднако форма микрорельефа пластинки не позволяет получить. несимметричныйволнового фронта;и дд д ддд : д . дд у, р д 1. д,дд дд Йф -осевой сегмент волнового фронта враще : .О" о 1 + - для сфения, т.е, обладает узкими функциональнылирического волнового фронта с координатойЦель изобретения - расшйрение функцентра Я,;циональных возможностей устроиства пу 40 . 1 - р аульные радиусы крививВ 1,2- параксиальные ради сы к ивизтем формирования несимметричноговолнового фронта 2-го порядка. е 1 - эксцентриситет сечедндидя поверхноуказанная цель достигается тем, что в о О ого ФРонта плоскостью проходястй волнового фронта плоскостью и охо яустройстве, содержащем оптически связан- пасс ояние м йщей через ось и оптическ ю ось;ные источник света и компенсационный фа Расс ояние между пластиной и вершиной волндодвдого фронга;зовый оптический элемент в ви еР(х,у)-коэ ициентк йзнйволновойропускающей или отражающей зониро- (,у)- коэффициент крутйзнйволновованной пластинки с микрорельефом, формаго фронта:микрорельефа в каждой зоне и границы зонописываются уравнением 50 " 1 ( - +- )р(х,у) = - е х ЕВ 1 В 1 В,х,у - решения системы уравненийЙ,Щ 2 к- х"( 1 )( 1 - 11дд 1 дд 1 1 Е 1 Р Х,У п.о й плац,ч) (1р (х,у Одф гл Е-Ю В (1 1 - е 1. 1784936 5, 6Для пояснения сущности изобретения На чертеже показано устройство форв качестве примера рассмотрим устройст- мирования волновогло.фронта монохромативо формирования волнового фронта, пре- ческого йзлучейия.образующее сферический или плоский:УстройствоСгодержуитчоптически связанволновой фронт, в поверхность 2-го поряд ные источник света 1, компенсационный фака 2 = 1 (х,у), определяемую уравнением . эовый оптйческий элемент 2 и облучаемыйпредмет 3. Компенсационный фазовый опх 21 1 - е 1 1 - е 3 2 - тический элементвыполнен в виде попуска+ 8 +2( 8 + р ) +2 =Од : ющей или отгрьажч"акющейзанированной(4)10 пластинки. При этом фазовая функция р (О,: Приводится к интервалу 0, 2 ггт, в резульгде : ;,тате чего пластййка разбивается на зоны,н з .: Уравнение границый зоны имеет вид. 158 з,82 - параксиальные радиусы кривиЗ-" Зу 3(О Ч):), (2,)3. и) (8)ны в вершине;е 1,е 2 - эксцентриситеты Форма рельефа в каждой зоне опредепри 11 - получаем эллипсоид; . : ляется формуламй (1), (2). Пластинка изгое 1=1- эллиптический параболоид . 20 тавливается из прозрачного материала се 2).1 - двухполостный гиперболоид. , .показателем преломления так, что высотаВ частном случае при 81 =82 получаем .фазового рельефа Ь(0, Ч) в каждой зоне-. 3 Дсферы.25 формулой(1).Решая уравнение (4) относительно т,. расстояниемчежду компенсационнымполучаем уравйечние поверхности волново- фазовым оптическим элементом и вершиго фро"та: -, .:.,:-: . :; ": :,:ной волнового фронта. может быть выбрано1(х,у)"- . 1 - Р(х, у) ":" б) .:. по согйасующемуся с уравнением (3) выра.й1 - е: 30 жениюРассматривая ход-лунев нормалей к Пго"верхности (5) и пользуясь формулами диф- Аг 1+ х г 1 рфеРенциальной геометРиИ, нЕтРУдно. ЯР 1. еР(хУ)получить, что координаты точки (О, Ч, 0) на; 1=,1, а(9)поверхности зонированной пластинки" и 35 -,1( у - 1)точки(х, у, т(хуу на поверхности(5) вонлнгово, ге фронта связаны соотношейием (3);:;:,.- где 2 а - размер компенсационного оптичеРассмотрение хода луча в простРанстве ского элементамежду зонированной.пластинойи Водно-,:; 2 А - размер формируемого волновоговым фронтом; где фаза постоянная, пОзьвио.- 40 фронта .,лЯет записатьгУРавнение:.ь::.: :,: . " Возможен ваРиант йзтотовлгениЯ микрорельефа методом компьютерной оптики,к(Фо (О Ч)+ ф(0 1+ Ц сопэка(6) ..,Для изготовления микрорельефа снача. 45 Ла ВЫЧЕРЧИВаотСЯ ОДгИкН ИЛИ НЕСКОЛЬКО фОтагде - Расстояние отточки(0, Ч, 0) дог тгочкйи 45 шаблонов с помощьюч -фотогптостроителя,, литической геометрии.,; .:", точке фотошаблона выбирается в соответстВыражая ф из уравнения (6), полУчим Вии с отсчетами фазовой функции о (О, Ч),5 О Затем распределение оптической плотноУГ О )Г) ЩдЬ - К 1-(1-Р(Х У)у : Стн фатсюабЛОНа ПЕРЕВОДИТСЯ В РаСЛРЕДЕ 1 - е . ,: ление вйсоты рельефа в масштабе 1.1 или суменьшенивм. Здесь. может использоватьоя1 +( +Х-) 1:+ р (Оч) 1 Р) процесс отбеливанйя фотошаблона или тех 83 83 р (х,у)3 - 55 нология фотолитографии, заключающаяся впоследовательном травлений стеклянной2 ж подложки через слой фоторезиста, экспонигде 1 -, а значения х, оп еделяются под 1 с -у-, э а е я х,у определяются по рованной через соответствующие фоотошабзначениям О, Ч путем решения уравнений ланы,Пучок монохроматйческого света от ис- + р(О,Ч)точника 1 падает на зонированную пластинку 2 и взаимодействует с ее микрорельефом,ФВ силудифракции света на микрорельефе нки;происходит интерференционное сложение м(п, О)световых колебаний от отдельных зон мик- разность иВрарельефа, Фазы отдельных зон микро- . риала приЮрельефа согласно уравнениям (6), (2) щающего.подобраны так, что результатом сложенияколебаний является требуемыйволновой 10 ю(й, О) = 2 2. п 2 д сов длфронт, форма которого описывается уравне;ййем (5),.- пропускаю стинки;Посравнениюспрототийомпредлагав-. и(п,д)=2 совО - для отражающеймоеустройство обеспеЧиоает форМирова- пластийки;ние требуемого волнового фройта 2-го 15 А- рабочая длийа волныпорядка за счетиспользования зойирован- и - показатель преломления материала,ной пластины с микрорельефом, форма ко-. образующего"мйкрорельеф;торого и границы зон опйсываютс:по- показатель преломления среды, вуравнениями (1), (2), Это позволит повыситькоторой йаходится микрорельеф:качество контроля оптических йоаерхйо 0 - угол" йаклона мучв, освещающегстей й пбверхностей в машиностроении. пучка к плоскости-пластинки;Кроме того, оно может испольаоваться как . вод 2 фф) - функция равная наименьформирователь опорного пучка дя "повы-. шемуположительному остатку от деления 1шения качесгва обращения волнового на 2 дти,.фронта на основе нелинейных эффектов, 25й 1 - целое число, щ,2 "Формула изобретен ия., . Ф(ОЯ-эйконалосвещающегопучкустройство формирования" волнового , . Чуо(О,)-0 -" для плоскОго освещающефронта монохроматическогб излучения"го"волнового фронта;предназначенное для контроля оптйческихповерхностей, содебжащее оптически с381 Ы 8 ИСТОЧНИК С 8813 И КОМПСНСЗЦИОННфазовый оптический элемент ввиде проскающей или отражающей зонированнпластинки с микрорельефом, о т л й ч ащ е е с я тем, что, с целью расширенфункциональных возможностей путем фмирования несимметричного волно офронта 2-го порядка, форма микроре ьев каждой зоне и границы зон описывают- в случае пропускающей плаСтИНКИ- в случае отражающей пла - коэффициент, описывающий оказателей преломления мате различных углах наклона осве пучка к плоскости пластины Я ПОщей пла"у ческого волнового фронта с координатойцентра 8;ю В 1,82 - параксйальнце радиусы кривйзи" . ны в вершине волнового фронта;е 1,е - зксцентрисйтет сечения йоверхности волнового фронта плоскостью, прохофа дящей черезось 0 и оптйческую ось;ся . 1- расстояние между пластиной и вер 0 ш нойво овоофронт,Р(х;у) - коэффициент крутизйы волново 1) го фронта;1=о - -у-. ( - (1 - р (х,у) )2 л Й1-е 1еЪк1 ( - "+-) - , - +ь(О,Ч)Р В р(х,у)где п(О,Я - высота микрорельефа пластинкв точке (О,Ч);