Дифракционные оптические элементы: методы синтеза и применение тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.21 ВАК РФ

На правах рукописи

ПОЛЕЩУК Александр Григорьевич

ДИФРАКЦИОННЫЕ ОПТИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ: МЕТОДЫ СИНТЕЗА И ПРИМЕНЕНИЕ

Специальность: 01.04.21 - Лазерная физика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени доктора технических наук

Новосибирск - 20031. Лл

суМ

Работа выполнена в Институте автоматики и электрометрии Сибирского отделения Российской академии наук.

Научный консультант: доктор технических наук, в.н.с.

Коронкевич В. П.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Гужов В.И.

доктор физико-математических наук,

профессор

Борыняк Л. А.

доктор технических наук, профессор Поллер Б. В.

Ведущая организация: Институт систем обработки изображений

Российской академии наук

Защита состоится 30 октября 2003г. в 15:00 часов на заседании диссертационного совета Д 003.024.01 в Институте лазерной физики Сибирского отделения РАН по адресу: 630090, Новосибирск- 90, пр. Академика Лаврентьева 13/3

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института лазерной физики Сибирского отделения РАН

Автореферат разослан 26 сентября 2003 г.

Учбный секретарь диссертационного совета, к.ф.-м.н.

Н.Г. Никулин

S43 zosr

2005-4 3

7622

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Диссертация посвящена разработке методов и средств создания высокоточных дифракционных оптических элементов с бинарным и кусочно-непреывным рельефом поверхности и их применению для решения прикладных задач оптической обработки информации и метрологии.

Актуальность темы. Развитие современной оптики связано с совершенствованием ее элементной базы. Основу этой базы составляют линзы, объективы, призмы, зеркала и т.д., которые с позиции волновой оптики рассматриваются как пространственные модуляторы света. Аналогичный эффект может быть получен при использованием тонких фазовых пластинок с вариацией оптической толщины в пределах длины волны света. Такие пластинки получили название дифракционных оптических лемешное (ДОЭ), синтезированных голограмм, фокусаторов, кипоформов, а соответствующая область науки - дифракционной оптики. ДОЭ осуществляют наложение модулирующей функции ф(х,у) на фазу исходной световой волны. Эти элементы могут выполнять различные функциональные преобразования световых полей, выполнять функции сложного многолинзового объектива, осуществлять коррекцию сферических или хроматических аберраций и т.д. Применение ДОЭ в оптических схемах, использующих лазерные источники света, открывает перспективу создания дешевых, компактных и функционально сложных приборов.

Первые работы по синтезу ДОЭ были выполнены в конце 60-х годов (А. Ломан, В. Ли и др.). Они показали принципиальную возможность синтеза волновых фронтов на основе данных, полученных с помощью компьютера. В 70-е годы в нашей стране были разработаны теоретические и практические основы расчета и синтеза осевых ДОЭ для контроля асферической оптики и формирования изображений (К.С. Мустафин, A.B. Лукин, Н.Г1. Ларионов, М.А. Ган, Г.И. Грейсух и др.). Эти исследования в значительной степени опередили аналогичные работы, проводимые позднее в США. В 80-е годы был разработан и исследован новый класс ДОЭ для фокусировки излучения в заданную область пространства (A.M. Прохоров, В.А. Сойфер, И.Н. Сисакян, Н.Л. Казанский и др.), а также разработаны методы формирования их микрорельефа (В.В. Попов, B.C. Соловьев, A.B. Волков и др.).

Первые образцы фазовых ДОЭ (Д. Джордан), по своим свойствам подобные фазовым зонным пластинкам Френеля, были получены путем отбеливания обычного фотослоя. Особенности этих процессов приводили к появлению искажений в восстанавливаемом изображении. В последующие годы достигнут значительный успех в создании новых регистрирующих сред. Для синтеза ДОЭ с бинарным и непрерывным профилем были применены тонкие пленки rinpnininiiiiiiiti i и пниТПр.щпн полупроводников (Б. Медникаров, В.И. На; нШЫ; А.Г'ШШЛс|и др.), хрома (В.П. Вейко, В.П.

,7<Кд .„ др.), хрома (В.П. Вейко, В.П.

nvfpf

Коронкевич, А Г. Полещук и др.) аморфного кремния и LDW-стекла (В.П. Корольков и др.). Для изготовления высокоэффективных ДОЭ разработаны и исследованы многоуровневые фотолитографические методы получения микрорельефа поверхности (Ю.Г. Туркевич, С. В. Бабин, Дж. Велдкамф), Практически важные результаты по синтезу ДОЭ были получены на круговых делительных машинах с помощью алмазного резца (A.B. Лукин, П.П. Ларионов). Крупным вкладом в развитие дифракционной оптики в середине 90-х годов стала разработка и выпуск коллективами ИАиЭ и КТИ НП СО РАН (В.П. Кирьянов, В.П. Коронкевич, А.Г. Полещук и др.) промышленной версии круговой лазерной записывающей системы CLWS-300, поставленной по контрактам в ряд стран Европы и Азии.

До последнего времени для изготовления ДОЭ в основном применялось серийное оборудование (электронно-лучевые и лазерные генераторы изображений), созданное для производства изделий микроэлектроники. Однако структура поверхности ДОЭ имеет произвольный характер, задаваемый распределением фаз световой волны, в то время как поверхность микросхемы представляет собой систему прямоугольников. Структура поверхности ДОЭ может иметь минимальные размеры менее половины длины волны света -0,5 мкм однако общие размеры могут достигать десятков сантиметров и даже метров, что во много раз больше кристалла микросхемы. Известные в настоящее время методы синтеза микроструктур не позволяют создавать такой рельеф. Это является одним из препятствий на пути широкого практического применения дифракционной оптики.

Актуальность данной работы обусловлена требованиями современной дифракционной оптики, которые не имеют адекватного решения из-за отсутствия специализированных технологических комплексов (сочетание устройства и технологии) для микропрофилирования оптических поверхностей с минимальным размером элементов менее 0,5 мкм и световым полем до 200-300 мм и более. Абсолютная точность топологии элемента должна быть на уровне 1/4 - 1/20 от размера наименьшей дифракционной зоны, т.е. 20-100нм. Кроме того, высота рельефа должна плавно меняться в пределах от долей до десятков микрон при крутом переходе от зоны к зоне. Таким образом, поиск новых путей решения проблемы синтеза высокоэффективных и точных ДОЭ представляется весьма актуальным. Целью работы является разработка методов и средств создания прецизионных ДОЭ с бинарным и кусочно-непрерывным рельефом поверхности и их применение для решения прикладных задач оптической обработки информации и метрологии.

Для достижения цели определены основные задачи диссертации: 1. Разработать принципы построения и алгоритмы функционирования прецизионных лазерных записывающих систем, работающих в полярной системе координат.

2. Исследовать особенности прямой лазерной записи дифракционных структур в пленках хрома и халькогенидных стеклообразных полупроводниках для формирования волновых фронтов с точностью до сотых долей долины волны света.

3. Исследовать погрешности изготовления ДОЭ и разработать методы их минимизации и компенсации.

4. Разработать и исследовать методы создания ДОЭ с кусочно-непрерывным рельефом поверхности на основе полутоновых и растрированных фотошаблонов.

5. Разработать новые элементы и системы дифракционной оптики для решения прикладных задач информационно - измерительной техники. Научная новизна работы.

1. Предложены, разработаны и экспериментально исследованы оптико-электронные устройства для изготовления ДОЭ - лазерные записывающие системы с круговым сканированием, позволившие использовать безрезистивный способ записи с пространственным разрешением до 2000 мм'1 и погрешностью выполнения топологии дифракционной структуры менее 50 нм при общем размере элементов до 300 мм.

2. Предложен, исследован и введен в практику эксперимента термохимический метод записи дифракционных микроструктур в тонких пленках хрома (ширина линии до 0,3-0,5 мкм). Запись осуществляется движущимся сфокусированным лазерным пучком в диапазоне скоростей от 0,01 до 5103 мм/с. Установлено, что под действием излучения термохимические и структурные процессы происходят по всей толщине пленки хрома, а сопровождающие их изменения оптических характеристик пленки можно использовать для контроля записи.

3. Исследованы и установлены зависимости между параметрами дифракционной структуры и распределением света в дальней зоне в нулевом порядке дифракции, позволившие создать фоторастровый метод синтеза кусочно-непрерывного рельефа с помощью единственного фотошаблона с бинарным пропусканием, а также дифракционные фильтры переменного пропускания для управления лазерным излучением.

4. Предложен и исследован метод растровой рентгенолитографии (при помощи синхротронного излучения), позволяющий формировать глубокий кусочно-непрерывный микрорельеф ДОЭ с большим аспектным отношением на поверхностях произвольной формы. Получены дифракционные линзы с глубиной рельефа свыше 20 мкм и экспериментально продемонстрированы их ахроматические свойства в видимой части спектра.

5. Предложен и исследован новый класс ДОЭ для формирования нескольких независимых волновых фронтов с заданным распределением. На их основе разработаны лазерные интерферометры с общим ходом лучей для измерения формы сферических и асферических оптических поверхностей в условиях вибраций и действия дестабилизирующих факторов.

6. Предложены и исследованы принципы построения и юстировки гибридных оптических систем (рефракционные и дифракционные компоненты) для создания двухфокусных объективов микроскопов и дифракционных компенсаторов для контроля асферической оптики.

7. Предложены, обоснованы, промоделированы и реализованы в лазерной записывающей системе с круговым сканированием методы минимизации и компенсации погрешностей записи, позволившие осуществить синтез ДОЭ с числовой апертурой свыше 0,5, диаметром свыше 200 мм и погрешностью волнового фронта менее 1/20 длины волны.

Новизна предложенных методов и физико-технических решений подтверждена 19 авторскими свидетельствами и патентами. На защиту выносятся.

1. Комплекс методов, средств и алгоритмов для автоматизированного изготовления бинарных осевых и внеосевых дифракционных оптических элементов с пространственными частотами до 2000 мм"1, световым полем до 300мм.

2. Результаты исследования процесса прямой лазерной записи, позволившие практически осуществить изготовление и сертификацию дифракционных структур с числовой апертурой до ЫА=0,5, диаметром свыше 200 мм и точностью воспроизведения волнового фронта до 1/20 длины волны.

3. Термохимический метод записи дифракционных структур с пространственными частотами свыше 2000 мм'1 в пленках хрома.

4. Фоторастровый метод изготовления рельефно-фазовых ДОЭ, позволяющий получить дифракционную эффективность свыше 90 % с использованием одного бинарного фотошаблона.

5. Растровый рентгенолитографический метод (с применением синхротронного излучения) для формирования трехмерного микрорельефа ДОЭ на поверхностях произвольной формы.

6. Физико-технические решения на основе применения ДОЭ для:

- геометрического преобразования изображений;

- оптических головок считывания информации с оптических дисков; контроля взаимной юстировки дифракционных и рефракционных компонентов;

- двухфокусного микроскопа совмещения станции рентгенолитографии; фильтров непрерывного и импульсного лазерного излучения большой мощности;

- контроля оптических поверхностей, в том числе зеркал телескопов диаметром 6,5 и 8,4 метров.

Практическая ценность работы.

1. Разработаны методы и оборудование для синтеза ДОЭ с высокой дифракционной эффективностью (свыше 80-90%).

2. Впервые в стране созданы и выпущены совместно с КТИ НП СО РАН промышленные образцы прецизионных круговых лазерных записывающих систем, предназначенные для изготовления ДОЭ. Системы внедрены на Новосибирском приборостроительном заводе (НПЗ), НПО Луч (г. Подольск), КТИ НП СО РАН и по международным контрактам поставлены в Институт технической оптики (г. Штутгарт, Германия), Институт прикладной оптики (г. Берлин, Германия), Исследовательский центр концерна ФИАТ (г. Турин, Италия), Институт физики (г. Ляньчжоу, Китай).

3. Разработана безрезистивная технология прямой лазерной записи микроструктур на пленках хрома, которая явилась базовой для поставленных по упомянутым выше контрактам записывающих систем и для созданного в

Стюардовской обсерватории университета Аризоны (г. Туссои, США) устройства для записи синтезированных голограмм диаметром до 2-х метров.

4. В рамках международных контрактов созданы и успешно применены в лаборатории зеркал Стюардовской обсерватории университета Аризоны дифракционные элементы для проверки качества главных зеркал телескопов с диаметром 6,5 и 8,4 метров (международные проекты: Magelan, ММТ и LBT).

5. Разработан, изготовлен и используется в цеховых условиях НПЗ лазерный интерферометр с дифракционной оптикой для измерения формы поверхности оптических деталей.

6. Разработан и создан совместно со специалистами НПО "Восток" (г. Новосибирск) и ИЯФ СО РАН двухфокусный микроскоп для совмещения рентгеношаблонов станции синхротронной литографии.

Связь с государственными научно-техническими программами. Работы по диссертации выполнялись по планам НИР ИАиЭ СО РАН по темам: "Разработка и исследование новых функциональных систем и элементов когерентной и нелинейной оптики" (roc.per.N 810839026, гос.рег. N 80039444); "Разработка фундаментальных проблем создания и совершенствования элементной базы квантовой электроники и перспективной оптики" (гос. per N 01.86.0058729); "Развитие лазерных технологий и соответствующего оборудования субмикронной точности, разработка нетрадиционных элементов фотоники и высокопрецизионных оптико-электронных измерительных систем для научных исследований и машиностроения" (гос. per. N 01.9.20 000194); "Физико-технические основы 2-D и 3-D лазерных технологий (новые материалы и элементы для лазерных технологий, сверхразрешение, технологии оптической памяти, синтеза объемных моделей и изображений, микро- и наноструктурирование материалов. Развитие на их основе базовых лазерных технологий производства новых элементов, приборов и систем двойного применений» (гос. per. N 01.9.60 013066). Апробация результатов работы.

Основные результаты работы докладывались на: Всесоюзных конференциях «Автоматизация научных исследований на основе ЭВМ» (Новосибирск, 1974, 1977, 1979); Ш Всесоюзной конференции по голографии

(Ульяновск, 1978); П Всесоюзной конференции по методам аэрофизических исследований (Новосибирск, 1979); Всесоюзной конференции «Формирование изображения и методы его коррекции» (Могилев, 1979), VI Всесоюзной конференции по нерезонансному взаимодействию излучения с веществом (Вильнюс, 1984); Всесоюзной конференции «Применение лазеров в системах передачи и обработки информации» (Ленинград 1984); III Всесоюзной конференции «Применение лазеров в технологии и системах передачи информации» (Таллин, 1987); International Meeting "ОРТО'92" (Paris, 1992); 5th International Workshop on Digital Image Processing (Samara, 1994); Workshope on Diffractive optics (Prague, 1995); Конференции стран СНГ и Прибалтики "Голография 96" (С.-Петербург, 1996); EOS Topical Meeting «Diffractive Optics» (Finland, 1997, Germany, 1999, Budapest, 2001); Национальной конференции по применению рентгеновского, синхротронного излучений, нейтронов и электронов для исследования материалов, «РСНЭ'97» (Москва-Дубна, 1997); XII национальной конференции по использованию синхротронного излучения «СИ-98» (Новосибирск, 1997); Международной конференции «Diffractive Optics and Micro-Optics» (Quebec 2000, Tucson 2002), Seventh International Symposium on "Laser Metrology Applied to Science, Industry, and Everyday Life" (Novosibirsk, 2002).

Публикации. По теме диссертации соискателем лично и в соавторстве опубликованы 92 печатные работы, в том числе получено 19 авторских свидетельств и патентов.

Личный вклад. Диссертация является обобщением исследований по созданию методов и устройств для изготовления дифракционной оптики, выполненных автором в ИАиЭ СО РАН с 1973 г. по настоящее время Практическая реализация ДОЭ выполнялась автором на лазерной записывающей системе созданной в ИАиЭ СО РАН совместно с сотрудниками лаборатории лазерных технологий. Создание экспортного варианта системы (CLWS-300) осуществлялось совместно с сотрудниками КТИ НП СО РАН. Личный вклад автора заключается в постановке, обосновании и решении задач, приведенных в диссертационной работе, непосредственном участии в изготовлении и испытании ДОЭ, а также в выполнении и организации экспериментов. Макетные образцы лазерных записывающих систем и дифракционные элементы создавались коллективом сотрудников под руководством или при непосредственном участии автора. В разработке двухфокусной оптической системы и ДОЭ с кольцевым импульсным откликом постановка и обоснование задачи выполнена автором, а расчеты и оптимизация схемы - И.Г. Пальчиковой.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы и двух приложений. Материал изложен на 285 страницах, включая 114 рисунков, 13 таблиц. Список литературы содержит 174 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Введение посвящено общей характеристике работы, где сформулированы актуальность, цель и задачи исследования и показана научная новизна. Отмечена практическая значимость работы, обоснованы достоверность результатов и личный вклад автора. Сформулированы основные положения, выносимые на защиту, указана структура, объем, содержание и число публикаций по теме диссертации.

В первой главе приводятся результаты разработки и исследования лазерной записывающей системы (ЛЗС) для изготовления ДОЭ.

Технологии дифракционной оптики достаточно близки к технологиям микроэлектроники. Поэтому на первом этапе развития дифракционной оптики использовалось оборудование, заимствованное в этой отрасли. С появлением новых типов ДОЭ и расширением области их применения возникла необходимость в создании специализированного высокоточного и высокопроизводительного оборудования. Одной из задач диссертации явилась разработка методов и установок, специально предназначенных для изготовления ДОЭ и учитывающих их особенности.

Аэростатические | | опоры

Дефлектор

4Ж)

Подложка

^ Датчик контроля записи, видеокамера ДО АФ

тт^т

Вращающийся стол (в разрезе)

Двигатель

Датчик углового положения

к датчику АФ и ИЭ

Рис. I.

Проведен анализ преимуществ и недостатков различных способов записи и показано, что изготовление ДОЭ наиболее предпочтительно производить в полярной системе координат. В этом случае подложка, покрытая светочувствительным слоем, вращается с постоянной угловой скоростью, в то время как лазерный пучок перемещается вдоль прямой линии, пересекающей центр вращения. При спиральном сканировании ДОЭ изготавливается как целое с помощью одной линии сканирования без остановок и возвратов. Это позволяет значительно уменьшить время записи и избежать «сшивок», типичных для других устройств. Круговое сканирование, оптимальное для записи осесимметричных ДОЭ, реализуется методом дискретного перемещения записывающего пятна по радиусу. Исходя из этих принципов, разработана ЛЗС (рис. 1), состоящая из трех основных оптико-механических узлов и компьютерной системы управления. Узел углового сканирования выполнен на основе шпинделя на аэростатических опорах, приводимого во вращение электрическим мотором. Подложка, покрытая регистрирующей средой, устанавливается на вращающемся столе. Оптический датчик угла поворота служит для стабилизации скорости вращения и измерения углового положения подложки. Блок записи перемещается линейным двигателем (ЛД) перпендикулярно оси вращения шпинделя. Величина перемещения контролируется лазерным интерферометром с точностью порядка 20-50 нм. Основными узлами блока записи являются микрообъектив (Оф), связанный с исполнительным элементом (ИЭ) системы автоматической фокусировки (АФ), и система контроля записи. Микрообъектив формирует пятно с типичным размером с/«=0,4-0,5 мкм (на уровне '/г от максимума). Блок управления мощностью лазерного излучения (БУМ) управляет интенсивностью лазерного излучения (А.-457-514 нм) в зависимости от радиальной или угловой координаты записи с помощью акустооптического модулятора (АОМ).

Использование сфокусированного лазерного пучка в качестве инструмента для записи ДОЭ предъявляет жесткие требования к точности фокусировки и уровню флуктуаций лазерного излучения. Для линейного и импульсного управления мощностью излучения предложены, разработаны и исследованы оптико-электронные системы управления АОМ с каналами прямой и обратной связи (ОС) по интенсивности. Показано, что разработанные системы позволяют существенно уменьшить нелинейность передаточной характеристики АОМ и флуктуации мощности излучения записывающего пучка света. При использовании аргонового лазера «1ппоуа-90» диапазон управления мощностью излучения составил 1:200 (система управления с одним АОМ) и более 1:10000 (с двумя АОМ) с отклонением от линейности менее 1% в полосе частот до 250 кГц и подавлением уровня флуктуаций более чем в 100 раз.

Далее рассмотрен вопрос увеличения скорости записи и соответственно уменьшения времени изготовления ДОЭ. Предложена и

электронных узлов системы АФ: датчиков ошибки (ДО) положения плоскости фокусировки и ИЭ. Для увеличения чувствительности и быстродействия ДО предложено использовать в качестве анализирующего элемента движущую дифракционную решетку или бифокальную кристаллооптическую линзу.

Система АФ должна обладать рядом особенностей: нечувствительностью к изменению коэффициента отражения поверхности регистрирующей среды и к микрорельефу, возникающему при лазерной записи; обеспечивать возможность записи последовательно на несколько подложек, расположенных на вращающемся столе. В соответствии с этими требованиями предложена и исследована система АФ, состоящая из оптического ДО (источник излучения - лазерный диод), системы автоматической нормировки величины отраженного от поверхности оптического сигнала, ПИД-регулятора с памятью и ИЭ. Если осуществляется экспонирование чередующихся отражающих и не отражающих свет участков поверхности, то в промежутках между ними световой поток отсутствует и контроллер переводит регулятор ПИД в режим памяти. Оптическая ось АФ образует с осью канала записи угол (около 1,5 °), благодаря которому точки фокусировки излучений записывающего и полупроводникового лазеров отстоят друг от друга на поверхности заготовки на некоторое расстояние и не влияют друг на друга.

На основе разработанных автором оптико-электронных блоков записи и управления мощностью лазерного излучения в ИАиЭ СО РАН, начиная с 1978г., создано несколько поколений ЛЗС с горизонтальным и вертикальным расположением оси вращения шпинделя. Для изготовления ДОЭ с произвольной структурой (топология задается в полярной системе координат) и диаметром до 300 мм в середине 90-х годов была создана ЛЗС (см. рис.1), основные характеристики которой приведены в Табл. I. Эта установка послужила прототипом для системы СЬ\УЯ-300, разработанной совместно с КТИ НП СО РАН. Системы СЬи^-ЗОО работают в нескольких научных центрах России, Италии, Германии и Китая.

Таблица 1.

Диаметр подложки, мм 1-300

Толщина подложки, мм 0,5- 25

Записывающее пятно (уровень 0,5), мкм 0,5

Скорость вращения подложки, с'1 2-15

Точность перемещения по радиусу, мкм 50 нм

Точность определения угла, угл. с. 1 -2 Число импульсов углового растра (при 10с'1) 1,6-106

Длина волны записывающего лазера, нм 457-514

Во второй главе исследуются вопросы, связанные с погрешностями изготовления структуры ДОЭ. Проведен анализ источников погрешностей, таких как погрешности геометрии подложки, искажения структуры ДОЭ при записи, вариации скважности и глубины структуры. Исследованы зависимости фазы дифрагированного волнового фронта от погрешностей изготовления. Эти результаты использованы для анализа характеристик создаваемых ДОЭ.

ЛЗ С является высокоточной системой, предназначенной для изготовления различных типов ДОЭ в полярной системе координат: дифракционных решеток, зонных пластинок, компьютерно-синтезированных голограмм, оптических угловых шкал и лимбов и т.п. В отличие от известных систем, работающих в прямоугольной системе координат, ЛЗС имеет специфические источники погрешностей записи, влияющих на качество изготовленных ДОЭ. Анализ и исследование источников погрешностей выявил две основные компоненты: разность между предполагаемыми (г„в) и реальными (г'„в') координатами центра ячейки (ошибка координаты: г-радиус, в - угол); различия в форме и размере рассчитанной и реально записанной элементарной ячейки изображения. Первая компонента зависит от точности перемещения лазерного пучка по отношению к подложке, а вторая вызвана изменениями размера следа, оставляемого лазерным пучком. Обе эти ~ компоненты определяют положение границы зоны при записи бинарных элементов. Локальная погрешность £ микроструктуры (в направлении, перпендикулярном границам зон) бинарных ДОЭ определяется усреднением положения внутренней и внешней границы зоны С, = (^,„+Сцп)/2 и приводит к дополнительному сдвигу IV волнового фронта, проходящего через изготовленный элемент:

= -тМ/р, (I)

где т - порядок дифракции, А - длина волны света и р - локальный период зон ДОЭ. Погрешность записи ДОЭ в основном зависит от:

Погрешности фиксации начала координат. Ось вращения шпинделя должна быть началом полярной системы координат (г-0). Однако точное определение положения оси вращения является серьезной проблемой. Смещения хп, у„ начала радиального перемещения записывающего пучка относительно центра вращения подложки являются причиной возникновения погрешности текущей координаты. Реальной полярной координатой записываемой точки / является Р\(г'„ в'). Радиус г,' и полярный угол в,' определяются как

г'*г+х0+у02/2г; в'= в + агЩ[у</(г+х,)]. (2)

Дрейф начала координат в процессе записи определяется переносом тепла от электронных блоков ЛЗС, стабильностью диаграммы направленности лазерного излучения и т.д.

Погрешность траектории вращения - это отклонение траектории движения некоторой точки на вращающемся столе JI3C от движения по идеальной окружности. Реальная координата записываемой точки определяется как

г • = г + Аг(в); в'= в +arctg[Ar(9- я/2)/г]. (3)

Ошибка траектории вращения зависит от углового положения и обусловлена неточностью изготовления элементов шпинделя.

Погрешность перемещения записывающего пятна по радиальной координате зависит от переходного процесса системы радиального позиционирования, величины перемещения, долговременной стабильности интерферометра, ошибки Аббе и т.п.

Погрешность угловой координаты обусловлена вибрацией шпинделя, ошибкой датчика углового положения и т.п. Абсолютное значение линейной погрешности (в тангенциальном направлении) зависит от погрешностей угловой координаты и уменьшается при приближении к центру вращения. Погрешность, вносимая системой автоматической фокусировки, приводит к изменению размеров и формы записывающего пятна, а наклон оси объектива -к появлению погрешности координаты записи. Наклон оси объектива на угол аг приводит к появлению погрешности радиальной координаты Лга = г - г' наклон оси объектива av (тангенциальная плоскость) - к появлению угловой погрешности А<р„:

Ara «а4т + d2/2г; Л<ра = arcíg(a9djr), (4)

где г - радиус записи; dm - амплитуда биений подложки в точке фокусировки. При аг = ]°, </,„=20 мкм и г=50 мм погрешность координаты zlr„«0,3 мкм и Л(ра& 0,2".

Далее в работе рассмотрены методы и средства измерения специфических погрешностей JI3C. Возможны два основных способа оценки погрешностей изготовления ДОЭ: сертификация JI3C измерительными приборами и комплексный метод, основанный на анализе волнового фронта тестовых ДОЭ, изготовленных на проверяемой J13C. Сделан вывод, что необходимо использовать оба метода сертификации, так как они дополняют друг друга.

Специфические погрешности рассматриваемой J13C связаны с вращением подложки. Автором предложено для характеризации этих ошибок определять положение оси вращения шпинделя относительно центра записывающего пятна путем записи около центра вращения на поверхности заготовки ДОЭ небольшого кольца (с радиусом 10-25 мкм) и измерения его радиусов слева и справа от центра вращения с помощью фотоэлектрического датчика контроля записи (см. рис.1) при вращающемся на заданной рабочей скорости шпинделе. Экспериментально показано, что этим путем можно определить положение оси вращения с погрешностью менее 20 нм.

Второй рассмотренный автором метол определении погрешностей ЛЗС основан на анализе волновых фронтов изготовленных ДОЭ. Предложено использовать два типа тестовых ДОЭ: круговые зонные пластинки (ЗП) и линейные дифракционные решетки (ДР). Круговые ЗП наиболее подходят для определения погрешностей радиальной координаты и фиксации начала координат. Погрешности угловой координаты не влияют на форму волнового фронта ЗП. Анализ волнового фронта, дифрагированного на ДР, позволяет выявить остальные погрешности. Для проверки этого метода на ЛЗС изготавливались тестовые отражающие ЗП (аналог сферического зеркала на высококачественной подожке) и ДР со специально введенными погрешностями. Измерения формы волнового фронта проводились с помощью интерферометра Физо (Zygo, Mark III) по автоколлимационной схеме (ДР устанавливались под углом Литрова). На рис. 2 приведены типичные интерферограммы волновых фронтов, дифрагированных на тестовых ДР (7^5 мкм, погрешность начала координат 1 мкм) (а) и осесимметричной ЗП (/=12,5 мм, £>=10 мм, погрешность начала координат 0,5 мкм) (б), а также карта волнового фронта (в), полученная с этой интерферограммы. В работе получены соотношения, позволяющие по измеренным искажениям волнового фронта определить величину погрешности.

В диссертации рассмотрены пути уменьшения погрешностей изготовления ДОЭ. Снижение погрешностей может быть осуществлено как за счет увеличения точности и сложности узлов ЛЗС, так и за счет выбора оптимальной стратегии записи с коррекцией возникающих погрешностей. Второй путь, по мнению автора, является более предпочтительным.

Рис. 2.

Предложенная стратегия записи предусматривает применение различных типов сканирования: спирального, кольцевого и кольцевого со случайным разбросом начала треков. Запись узких зон несколькими проходами записывающего пятна с переналожением уменьшает влияние переходных процессов и случайных ошибок позиционирования.

Для увеличения точности изготовления крупногабаритных ДОЭ (время записи составляет нескольких часов) предложен метод периодической коррекции погрешности фиксации начала радиальной координаты и его

дрейфа во время записи. Этот метод позволил изготовить ДОЭ диаметром свыше 200 мм, минимальным размером зон около 0,5 мкм и погрешностью волнового фронта Л/20. Для устранения другого источника погрешности -отклонения траектории вращения шпинделя от круга - предложено во время записи непрерывно корректировать радиальное положение записывающего пятна света с помощью быстродействующего дефлектора (см. рис. 1) на основе реальных данных о форме траектории. Экспериментально получено уменьшение величины этой погрешности в 8-10 раз при скорости вращения шпинделя до 12с"1.

Для выявления случайных ошибок позиционирования, предложен и

> исследован метод сертификации процесса записи, основанный на разделении процесса записи на два этапа:

Этап 1. Запись меток (фрагменты ~ 20x20 мкм) по всей площади ДОЭ.

> Этап 2. Запись всего ДОЭ.

Так как размер меток мал, то время их записи также мало (несколько десятков секунд) и влияние дестабилизирующих факторов отсутствует. После записи меток проводится запись структуры всего ДОЭ, за исключением областей меток, в которых запись не производится. Таким образом, область метки оказывается окруженной структурой ДОЭ. После проявления производится сравнение структуры ДОЭ в областях меток и его окружения. Из (1) следует, что погрешность волнового фронта пропорциональна взаимному сдвигу структур. Если сдвиг отсутствует или мал, то считается, что запись прошла успешно. На микрофотографии ДОЭ (рис. 3, а) ошибка записи отсутствует, а на рис.3, б, хорошо видно взаимное смещение структур что соответствует локальной ошибке волнового фронта 0.4Х.

Пример размещения меток по полю ДОЭ диаметром 64 мм показано на рис. 3, в.

Рис. 3.

Экспериментальное изучение с помощью интерферометра Физо изготовпенных на ЛЗС осесимметричных отражающих бинарных зонных

пластинок диаметром 64 и 210 мм и минимальным периодом зон 1,4 и 1,2 мкм соответственно показало, что среднеквадратичная погрешность координат зон не превышает 40-50 нм, а среднеквадратичная погрешность волнового фронта не превышает 0,01X.

В конце раздела рассмотрены вопросы контроля формы волнового фронта и визуализации каустик световых полей прошедших ДОЭ. Предложен и экспериментально исследован метод визуализации трехмерных световых полей с помощью прозрачных щелочно-галоидных кристаллов (ЫР), модифицированных введением примесей. Суть метода состоит в регистрации фотолюминесценции, возбуждаемой исследуемыми световыми пучками в кристаллах. Формирование в кристалле (10x10x2 мм) тонкого люминесцентного слоя (~ 1 мкм) осуществлено предварительным облучением кристалла жестким синхротронным излучением (Х.~0,1-0,5 нм) через узкую щель. Проведена визуализация картин интенсивности световых полей, образуемых в области фокусировки объективов и аксикона с кольцевой апертурой.

Далее рассматривается ряд оригинальных решений по контролю формы волнового фронта после ДОЭ. Для исследования очень малых вариаций фазы волнового фронта предложено использовать фотоэлектрический теневой прибор, реализующий преобразование Гильберта. * Разработаны и исследованы способы увеличения линейности передаточной характеристики и расширения диапазона измерений на основе введения вычитания тенеграмм и вибрирующего ножа Фуко с обратной связью. В последнем случае визуализирующая диафрагма работает все время в оптимальных условиях, устраняя тем самым насыщение, которое наблюдается у известных теневых приборов с повышенной чувствительностью.

Третья глава посвящена разработке и исследованию методов прямой лазерной записи дифракционных микроструктур с амплитудным пропусканием.

В начале главы представлен анализ известных методов записи дифракционных микроструктур. Сделан вывод о перспективности применения безрезистных технологий на основе использования термохимических и термофизических процессов в тонких пленках металлов и полупроводников.

Для изготовления высококачественных фотошаблонов ДОЭ предложен метод записи, включающий в себя экспонирование сфокусированным излучением мощного лазера вращающейся с постоянной скоростью подложки, покрытой пленкой хрома, и ее последующую химическую обработку в специальном селективном травителе. Предложенный метод имеет следующие достоинства:

- сокращение числа операций, экономия ресурсов;

- нанесения хрома на большие поверхности, в том числе криволинейные;

- увеличение точности изготовления шаблона за счет прямой записи;

- высокое пространственное разрешение до 2000 мм"';

любая длина волны экспонирования (от УФ до ИК); возможность контроля записи по изменению коэффициента отражения; возможность работы на свету и применения обычной оптики; небольшой требуемый диапазон изменения мощности излучения при больших изменениях скорости движения экспонирующего пятна.

Хром является оптимальным материалом для изготовления амплитудных ДОЭ и фотошаблонов, так как имеет высокую твердость, большое поглощение излучения, хорошую адгезию. Для эффективного использования термохимического метода для изготовлении хромового фотошаблона ДОЭ необходим селективный травитель. В работе изучение кинетики травления пленок хрома проводилось фотометрическим методом с помощью устройства измеряющего оптическое пропускание Тш пленки в процессе травления. Экспонирование осуществлялось путем кругового

3 6

Время травления, мин а

У/4 ^^Скорость травления \ 1 | XI

~4~— ' X ♦ X \ ГиХ. [ 1 ^^ V t

1 ! ^^ » 1 ■ |

0,2 0,4 0,6 Объемная часть N804 б

0,8

щ

0,8 § х

0,4 |

л &

О

" I

и

Рис. 4.

сканирования световым пятном, сфокусированным до размеров около 0,5 мкм (уровень 'Л) при мощности излучения на 20-30% меньше порога плавления пленки хрома и скорости движения пятна около I м/с.

На рис. 4, а приведены типичные кривые изменения пропускания экспонированной и неэкспонированной пленок хрома (толщина около 100 нм) в зависимости от времени травления. Согласно известной модели характерная толщина поверхностной природной пленки окисла составляет около 0,1-1 нм, а пленки, наращиваемой в результате действия лазерного излучения, 2-10 нм. Следовательно, кривые изменения пропускания экспонированной и неэкспонированной пленок при одной и той же концентрации травителя после стравливания слоя окисла (задержки 1„ и I, на рис. 4, а) должны иметь одинаковую крутизну (как показано штриховой линией). Однако этого не происходит, кривая более пологая. Делается вывод, что физико-химические изменения (при данном типе экспонирования) имеют место не только на

поверхности, но и по всей толщине пленки. Этот факт также подтверждается отсутствием бокового «подтравливания» тонких линий, записанных на пленке хрома. В работе показано, что наибольшей селективностью травления (отношение средних скоростей травления неэкспонированного и экспонированного слоев К=У,/У,) обладает травитель, составленный из водных растворов K3Fe(CN)6 и NaOH. На рис. 4, б приведены зависимости средней скорости травления неэкспонированной пленки хрома и коэффициента селективности от содержания раствора NaOH (М) в травителе. Показано, что селективность травителя максимальна при М=0,14.

Представлены результаты экспериментального исследования взаимодействия сфокусированного лазерного излучения (Я 514 нм) с движущейся пленкой хрома в диапазоне скоростей от 10"2 до 500 см/с. При большой мощности записывающего пучка происходит частичное испарение материала пленки и образование «брустверов» из расплавленного металла. Дальнейшее снижение мощности лазера приводит к прекращению испарения и образованию скрытого изображения, которое проявляется после травления. При дальнейшем снижении подводимой мощности действие лазерного излучения на пленку прекращается, и скрытое изображение не образуется. Образование достаточно устойчивого к действию травителя слоя пленки происходит при плотности мощности записывающего лазерного пучка (1-3)106 Вт/см2. Показано, что ширина записываемых линий зависит от мощности излучения. Минимально достижимая ширина линий увеличивается с уменьшением скорости движения и соответственно радиуса записи. Получены зависимости изменения подводимой мощности от радиуса записи при выбранном постоянном размере записываемой линии. Изучено влияние флуктуаций мощности излучения на размеры записываемых линий и дуг. Показано, что пороговый механизм термохимической записи позволяет получить достаточно узкие линии, однако при значениях мощности записи, близких к порогу, погрешность ширины линий значительно возрастает. Термохимическому методу записи принципиально присущи искажения координат начала и конца записываемой дуги. Величина этих искажений определяется в основном свойствами хрома, размерами и скоростью движения пятна и коэффициентом превышения порога. Показано, что для попадания в интервал допусков ±0,1 мкм мощность лазерного пучка должна поддерживаться с точностью 2-3%.

Исследован эффект изменения коэффициента отражения пленки хрома под действием лазерного излучения и предложен способ выбора оптимальной мощности записи. Экспериментально установлено, что наибольшее изменение коэффициента отражения наблюдается в коротковолновой части спектра. Например, оптимальная мощность записи (ширина записываемой линии 1,2 мкм, хром магнетронного напыления) соответствует уменьшению коэффициента отражения на 1-1,5%.

Представлены результаты исследования пространственного разрешения термохимического метода записи с использованием пленок хрома разных методов напыления. Отмечено, что за счет теплопередачи в пленке и подложке наблюдается расширение дорожек. Однако при соответствующем выборе мощности излучения, даже вблизи центра вращения, когда характерное время экспонирования составляет несколько миллисекунд, пространственное разрешение остается высоким. На рис. 5,а показана фотография колец с периодом 2 мкм. На рис. 5, б представлена полученная на электронном микроскопе фотография участка поверхности с линиями шириной 0,3 мкм, которые записывались на пленке хрома толщиной 50 нм при скорости около 100 см/с. Таким образом, показана возможность воспроизводимой записи дифракционных структур с пространственным разрешением свыше 2000 мм'1, что близко к пределу разрешения фокусирующей системы ЛЗС.

а б

Рис. 5.

В конце главы представлены результаты исследования неорганических резистов на основе халькогенидных стеклообразных полупроводников (ХСП) для изготовления дифракционных элементов с помощью ЛЗС. Пленка ХСП типа А5283 толщиной 80-100нм (производство ЦЛФ БАН, Болгария) наносилась на пленку хрома в том же самом цикле напыления. Пластины экспонировались с помощью ЛЗС и затем проявлялись в щелочном проявителе. Исследование метода записи ДОЭ в пленках Ая2Я3 проводилось по той же методике, что и для пленок хрома. Экспериментально показано, что при изменении скорости движения пленки от 0,1 до 120 см/с (т.е. более чем на три порядка) изменение мощности лазерного излучения для записи линий одинаковой ширины (1 мкм) не превышает трех раз. Из этого следует, что. так же как и при термохимическом методе записи по хрому, основной вклад вносят термические процессы нагревания пленки ХСП.

Небольшой динамический диапазон изменения мощности излучения является существенным преимуществом неорганических резистов по сравнению с обычными органическими фоторезистами.

Четвертая глава посвящена разработке и исследованию методов формирования кусочно-непрерывного микрорельефа ДОЭ.

На основе анализа известных методов формирования микрорельефа обоснована перспективность применения полутоновых фотошаблонов (ПФ) для изготовления ДОЭ фотолитографическими методами. Формирование микрорельефа осуществляется в три этапа: изготовление ПФ, экспонирование фоторезиста и его проявление. Функция пропускания !„ф(х) фотошаблона связывается с фазовой функцией <р(х) ДОЭ соотношением

1„Ф(х) = У[<р(х)], (5)

где оператор V указывает правила, согласно которым выполняются преобразования исходной фазовой функции. В фотолитографии наибольшее распространение получили проекционные и контактные методы экспонирования фоторезиста. Применение ПФ позволяет изготавливать ДОЭ с высокой дифракционной эффективностью, однако на практике это затруднительно по следующим основным причинам:

- функция пропускания (5) отличается от расчетной из-за несовершенства технологии изготовления ПФ;

- система экспонирования ухудшает качество изображения ПФ в плоскости пленки фоторезиста;

- имеют место ошибка выбора экспозиции, нелинейность фоторезиста, рассеяние света, переотражение и интерференция в пленке.

В диссертации проведен анализ

фотолитографических методов формирования микрорельефа ДОЭ с учетом большинства

указанных факторов.

Основными критериями оценки служили

дифракционная эффективность (ДЭ) на длине волны Л„ и отношение сигнал/шум (С/Ш) формируемого изображения. На рис. 6 показан пример

численного моделирования процесса формирования

а

б

ДОЗ простейшего типа - ДР с пилообразным рельефом (а) и преобразование пространственного спектра ПФ (б).

Фильтр пространственных частот (проекционный объектив или зазор) с функцией пропускания Н(1\/у) и частотой среза Г, пропускает низкочастотные компоненты спектра и формирует искаженное

изображение 1Ф ПФ в плоскости фоторезиста. Анализ зависимости ДЭ показал, что ее максимум достигается при оптимальной глубине рельефа Инр1 =а- Ьтах всегда меньшей, чем ктт =Л,/(п-1), где п - коэффициент преломления пленки. Эта величина зависит ог числа /яНп^/уТ^ пространственных гармоник. В табл. 2 приведены значения ДЭ г\ и оптимальной глубины рельефа решетки от числа т пространственных гармоник ПФ, прошедших проекционный объектив.

В работе представлен анализ влияния технологических ошибок фотолитографических многоуровневых методов (линейный и дихотомический варианты) формирования рельефа на характеристики ДОЭ. Функция формы рельефа представлялась в виде

N

Кх) = Л„и, - (6>

1=1

где И,(х) - изменение глубины рельефа подложки ДОЭ после ее обработки с помощью /'-го фотошаблона, ах, <т/, <т/„ с!к - случайные погрешности:

совмещения, выполнения Таблица 2. границ фотошаблона,

глубины и клина травления соответственно. Показано, что дихотомический вариант чувствительней ко всем видам случайных технологических ошибок, а наибольший вклад в падение ДЭ вносят случайные ошибки совмещения фотошаблонов и клин травления.

Предложен новый метод формирования кусочно-непрерывного рельефа ДОЭ («фоторастровый» метод), сущность которого заключается в том, что для создания пилообразного рельефа в фоторезисте применяется растрированный фотошаблон (РФ) с двухградационным пропусканием, а проекционная оптическая система, осуществляет пространственную фильтрацию растрированного изображения. Растрированный фотошаблон -это обычный бинарный (амплитудный или фазовый) фотошаблон с размерами структуры меньше предела разрешения оптической проекционной системы. Предложенный метод позволил существенно упростить изготовление фотошаблона и использовать стандартное оборудование для фотолитографии. Схема формирования полутонового изображения с использованием проекционной установки показана на рис. 7. Источник излучения проецируется во входной зрачок объектива. Если пространственная частота растрирования РФ выше, чем то дифракционные порядки света, идущего от

т 1 2 3 7 10 15 31

1}% А«» 33 0,6 50 0,68 60 0,75 77 0,85 82 0,87 87 0,9 94 0,95

фотошаблона, блокируются зрачком, как показано на рисунке. Объектив формирует в плоскости пластины уменьшенное (в 5 - 10 раз) полутоновое изображение РФ, который представляет собой дифракционную решетку с периодом Т и скважностью Q=d/T, где </ ширина штрихов. Для бинаризации исходного полутонового изображения используются частотно-импульсная (ЧИМ) или широтно-импульсная (ШИМ) модуляция. Анализ распределения излучения в дифракционной картине показал, что для получения распределения излучения в плоскости фоторезиста точно такого же, как от ПФ, ширина штрихов РФ должна меняться вдоль координата, V по закону:

(/ = 1 - ф(х, у) ) (одномерная решетка); (7а)

с1 = - ф(х,у) (двумерная решетка). (7Ь)

Бинаризация изображения - это процесс преобразования распределения ограниченной по спектру полутоновой функции пропускания ¡(х,у) в двухуровневую функцию В(х,у). В диссертации методом компьютерного моделирования проведен анализ формирования рельефа ДОЭ в фоторезисте с использованием бинаризации на основе ШИМ и ЧИМ с учетом погрешностей изготовления РФ и аберраций проекционной системы. На рис. 8, а показаны функция пропускания РФ (метод ШИМ) решетки с «блеском» и модуль ее пространственного спектра В

области нижних частот спектр подобен фоторезистом спектРУ исходной пилообразной функции, а на частоте /\/ имеет составляющую, обусловленную дискретизацией. Частоту дискретизации (штриховая линия) нельзя выбирать выше частоты объектива. На рис. 8, б показана форма рельефа, рассчитанная для двух (кривые I и 2) значений Показано, что даже при незначительной ошибке в выборе возрастают синусоидальные искажения рельефа, а ДЭ падает. При правильном выборе частоты форма рельефа

практически не отличается от

__Таблица 3 полученного с помощью ПШ. В табл.

__.!_2 3 7 10___15_ 3 приведены результаты расчета ДЭ

7"» ^ ^' 74 элемента, изготовленного

0,6 0,75 0.8 0,92 0,95 0,98

Источник излучения

-I

Конденсор

РФ

Входной зрачок

|<Г +1

Объектив

Пластина с

Рис. 7.

фоторастровым меуодом (ШИМ). Аналогичные результаты получены для бинаризации методом ЧИМ. Показано, что метод ЧИМ менее чувствителен к выбору частоты дискретизации и что погрешность изготовления структуры РФ определяет верхний предел ДЭ ДОЭ. Если считать приемлемым падение ДЭ на 5% от максимума, то относительная допустимая среднеквадратичная погрешность изготовления растра лежит в пределах <$Т<0,004.

Г

Пространственная частота/х Координата*

а б

Рис.8.

Проведено экспериментальное исследование формирования кусочно-пепрерывного микрорельефа фоторастровым методом. Образцы РФ изготавливались по термохимической технологии. Для получения глубины модуляции пропускания РФ в 12 раз ширина линий растра изменялась от 1,35 до 4,65 мкм при периоде Т=6 мкм. Экспонирование пластин с фоторезистом (ФП-051, А21500) проводилось на установках проекционной литографии (ЭМ-574, ЦЕЛ) с объективами (1^А=0,35). Глубина рельефа в фоторезисте определялась величиной экспозиции. На рис. 9 показана микроинтерферограмма (а) тестовой фигуры - клина глубиной 1.6 мкм в фоторезисте, фотография (б) фрагмента подложки ДОЭ (период зон 8 мкм, ДЭ ~ 80%), полученная с помощью сканирующего электронного микроскопа и типичное распределение (в) ДЭ по дифракционным порядкам ДОЭ.

ДЭ = 89%

......1 1 , 1 .

-6 -4 -2 0 2 4 6 Порядки дифракции в

Рис.9.

Экспериментальные результаты соответствуют данным численного моделирования. Фоторастровым методом изготавливались линзовые растры, корректоры аберраций, дифракционные фильтры и т.д.

Использование коротковолновых источников излучения позволяет существенно расширить возможности фоторастрового метода и формировать рельеф с большой глубиной на криволинейных поверхностях. Предложен и исследован метод растровой рентгеновской литографии (РРЛ), схема реализации которого приведена на рис. 10. Растрированный рентгеновский шаблон (РРШ) освещается синхротронным излучением (СИ) с широким спектром. Обрабатываемая поверхность (например, линза или пластина из полимера) устанавливалась на расстоянии ¿,«40-60 мм от РРШ. Выбор достаточно большого расстояния необходим для сглаживания бинарного ШИМ-пропускания шаблона. Метод РРЛ позволяет использовать РРШ с двухградационным пропусканием для формирования 3-мерного рельефа.

Непрерывный микрорельеф

РРШ ><4-

Lr

Линза

Рис.10.

с различными периодами (от 5

Эксперименты, проведенные на накопителях ВЭПП-3 (ИЯФ СО РАН) и ALADDIN (Университет Висконсин-Мэдисон, США), показали возможность изготовления ДОЭ с глубиной рельефа до 25 мкм в пластинах ПММА. Доза излучения составляла 2-15 Дж/см2.

В конце раздела проведено сравнение фоторастрового и

многоуровневого методов путем анализа ДЭ при изготовлении решеток «с блеском» до 200мкм) и одинаковыми погрешностями изготовления фотошаблонов. Показано, что многоуровневый метод уступает фоторастровому при изготовлении решеток с периодом менее 20 мкм. При больших периодах многоуровневая технология (N=3) имеет некоторое преимущество по ДЭ. Однако фоторастровый метод является более предпочтительным, так как требуется только один фотошаблон и отсутствует операция совмещения.

В пятой главе представлены результаты разработки и применения ДОЭ в информационно-измерительных системах. В начале раздела проведен анализ достоинств и недостатков ДОЭ, а также потенциальных областей их применения. Сделан вывод о том, что применение ДОЭ является оправданным, когда характеристики оптических систем трудно или невозможно реализовать с помощью обычных средств.

В первой части главы приведены результаты оригинальных разработок и исследований оптических свойств одиночных ДОЭ, таких как дифракционная линза (ДЛ) для лазерной головки считывания, дифракционная ахроматическая линза с глубоким рельефом, дифракционный элемент с кольцевым импульсным откликом, дифракционные фильтры с переменным

600

550

500

Длина волны, нм

400

500 600 Длина волны, нм

Рис. П.

пропусканием, дифракционные элементы для формирования независимых волновых фронтов.

Результаты теоретического и экспериментального исследований спектральных свойств ДОЭ с глубиной рельефа до А= 12-25 мкм (порядок дифракции т= 10-20) показали возможность создания ДЛ, работающей в «белом» свете. На рис. 11, а представлен результат численного моделирования (в приближении Френеля) распределения светового излучения вдоль оптической оси и по спектру для ДЛ с /=100 мм, Д„=560 нм и фазовой глубиной рельефа 20Ло. Видно, что при такой глубине в фокальной плоскости фокусируется несколько спектральных составляющих полихроматического излучения. Образец ДЛ (/=200 мм, 0=30 мм, /г=12 мкм) с пилообразным профилем был изготовлен методом РРЛ в пластине ПММА. ДЭ в белом свете около 60%. На рис. 11, б показана область концентрации излучения в диапазоне 450-600 нм и положение точек фокусировки дифракционных порядков, что соответствует результатам расчетов.

ДОЭ, использующие нулевой порядок дифракции, имеют свойства, делающие их перспективными для применения в оптических системах работающих с мощными лазерами. В работе приводятся результаты теоретического и экспериментального исследования нового класса ДОЭ - фильтров переменной плотности. Впервые созданы

дифракционные аналоги нейфальных фильтров переменной плотности. Круговая фазовая решетка (рис. 12) с переменной по углу скважностью ()=-(1/Т не поглощает излучение, а перераспределяет его по дифракционным порядкам. Коэффициент пропускания такого фильтра Ч~!,ш/1т определяется долей света, уходящего за счет дифракции из пучка нулевого порядка. Это позволяет управлять оптическим излучением очень

Поглотитель

Рис. 12.

большой мощности. Получены соотношения (табл. 4) для расчета коэффициентов пропускания фильтров, диапазона регулировки пропускания Д влияния погрешности размеров и глубины структуры, фазовых сдвигов в выходном волновом фронте.

Таблица 4.

Тип фильтра Коэффициент Погрешность Погрешность Фазовый сдвш V пропускания размеров глубины £Л= Sij/Sh, волнового фронта Ed = -SitfSd (к = 2 я/Л)

Амплитудная ДР Фазовая двумерная ДР П(х,у)= [l-Q2]2 4(1-Q)}/T нет нет -к(п-1)(У(1- arctf>{Q*sin(k(n-t](x,y)=[l-2Q2]2 8(1-2ф/Т Q)2sm[k(n- I)hJ, l)h//1- (S+tfcos к=2л/Яо, h=Xa/2 (k(n-!)h]}

Исследования показали, что лучевая стойкость дифракционного

фильтра (7Н0 мкм, Л«= 1064 нм, £>=0,9-0,05), изготовленного в кварцевой пластине методом сухого травления, достигает 2-4 Дж/см2 (импульсы 10 не).

Предложен и исследован новый метод создания ДОЭ для формирования двух и более (АО независимых волновых фронтов. Идея метода заключается в использовании периодической пространственной суперпозиции функций пропускания оптических элементов. Результат расчета получается в виде суммы элементарных ячеек (зон), каждая из которых описывается различными элементарными функциями пропускания 1/х,у). Передаточная функция комбинированного ДОЭ реализуется в виде

Т(х,у) = ^1.(х,у)1¥/(х,у), (8)

/

где 1У/х,у) - двумерная бинарная периодическая функция, которая модулирует соответствующую функцию пропускания, формируя ячейки. На выходе такого ДОЭ волновые фронты пространственно перекрываются, и для выделения одного из них необходим пространственный фильтр. Представленные в работе результаты численного и реального экспериментов по синтезу комбинированных ДОЭ, формирующих сферический и конический волновые фронты, показали их полное взаимное соответствие.

Далее в работе представлены результаты разработки и исследования новых методов взаимной юстировки гибридных оптических систем (например, дифракционный компенсатор и асферическое зеркало), основанных на возможности изготовления на одной подложке нескольких дифракционных структур, каждая из которых преобразует световой поток по заданному закону. Метод был успешно применен в Стюардовской обсерватории при интерференционном контроле внеосевого параболического сегмента (60 см) зеркала с радиусом кривизны 15 м. На подложке за один цикл записывались пять ДОЭ: в центре основной - компенсатор для контроля асферики, четыре вспомо(ательных - для создания световых меток (крестов). При контроле

метки проецируются на край зеркала. Положение меток в пространстве считывается видеокамерами, которые установлены в расчетных местах зеркала. Получена точность установки зеркала около 10 мкм на расстоянии 15 м от ДОЭ.

В конце главы приведены результаты разработки и исследования оригинальных оптических систем с ДОЭ: устройства для геометрического преобразования изображений, двухфокусного оптического микроскопа, лазерной считывающей головки (СГ)> дифракционного концентратора света для солнечных батарей, компенсаторов для контроля больших асферических зеркал, интерферометра с общим ходом пучков и интерферометра Физо с комбинированным ДОЭ.

В информационно-измерительных системах в ряде случаев необходимо на входе преобразовать изображение по заданному закону, а на выходе восстановить исходное. Предложена, исследована и экспериментально апробирована оптическая система на основе двух ДОЭ с кольцевым импульсным откликом, осуществляющая прямое и обратное геометрическое преобразование изображений в монохроматическом пространственно некогерентном свете. Получены соотношения для восстановления точной копии исходного изображения.

В измерительной технике существует проблема контроля взаимного положения микроизображений, расположенных в двух плоскостях. Для ее решения предложено создать двухфокусную оптическую систему, используя свойство бинарной зонной пластинки делить оптическое излучение поровну между ±1 порядками дифракции. Приведены результаты разработки и испытания двухфокусного микроскопа для совмещения шаблона и пластины (расстояние 50-150 мкм) в установке рентгеновской литографии ИЯФ СО РАН.

Обращение к дифракционной оптике потребовало пересмотра концепции построения оптических схем СГ. В предложенной СГ (рис. 13) осуществлено пространственное разделение каналов подсветки диска 3 с «питами» 4 и считывания информации. СГсосюш »сею и» двух шмпческнх )лсмеп1ои: жпсрпшо диода 1 и пластины с ДЛ 2 и фотоприемниками 5 и 6, которые Рис. 13. установлены коаксиально. Сектора

фотоприемника обеспечивают получение сигналов данных и слежения за диском. Когда считывающее пятно пересекает пит, световой поток дифрагирует и поступает к фотоприемникам, поэтому глубина модуляции сигнала стремится к 100%. Приведены результаты экспериментального исследования макета СГ с бинарной фазовой ДЛ

диаметром 2,8 мм, фокусным расстоянием 3 мм для /1=780 нм и ДЭ около 30%, показывающие высокое качество считываемого сигнала.

В работе приведены результаты разработки дифракционного концентратора света для солнечной батареи на основе кремниевых фотоэлементов. Экспериментально показана возможность получения коэффициента концентрации солнечного излучения около 50.

Далее в диссертации приведены результаты разработки метода изготовления дифракционных имитаторов (ДИ) зеркал больших телескопов. Имитаторы необходимы для проверки оптических компенсаторов, которые компенсируют асферичность волнового фронта отражаемого от поверхности асферического зеркала и позволяют производить измерения формы ►

поверхности зеркала в процессе его полировки с помощью интерферометров. Особенностью зеркал современных телескопов является их большое относительное отверстие {D/f= 1-1,25), что приводит к необходимости при их ,

контроле формировать асферические волновые фронты с отклонением от ближайшей сферы несколько тысяч длин волн. Точность формирования волнового фронта должна быть не хуже 1/20 длины волны.

Для проверки главных зеркал телескопов с диаметром 6,5 и 8,4 м (проекты ММТ, Magellan и LBT) совместно с Стюардовской обсерваторией^ были разработаны и изготовлены ДИ для контроля компенсаторов видимого (633 нм) и инфракрасного (10,6 мкм) диапазонов (см. Bürge J. Н., etc. Null correctors for 6.5-m //1,25 paraboloidal mirrors./OSA Trends in Optics and Photonics. 1999, 24, P.182-186). ДИ записывались по термохимической технологии на пленке хрома (толщина около 60 нм), нанесенной на высококачественные пластины из кварца или ситала. ДИ представляли собой амплитудную отражательную зонную пластинку с ДЭ около 5%. Основные параметры изготовленных ДИ (диаметр - Dcwm, число кольцевых зон - Nwm минимальная ширина кольцевой структуры - /„„„) приведены в табл. 5.

Таблица 5

Телескоп Зеркало Компенсатор: Параметры ДИ (бЗЗнм)

öcer Лши

ММТ 06.5м, f/1,25 Оффнера 136 мм 32000 0,8мкм

LBT 08.4м, f/1,1 Оффнера 210мм 64000 О.бмкм

Погрешности записи структуры обоих ДИ не превышали 50-100 нм и контролировались с помощью методов изложенных в главе 2 диссертации. Максимальная погрешность волнового фронта не превышала Л/10 - А/20. Для дополнительного контроля точности ЛЗС одновременно записывались и проверялись (с помощью интерферометра Физо типа ZYGO) отражательные ЗП с такими же Dieem и /,,„„, что и ДИ. При контроле компенсатора для зеркал ММТ и Magellan (3 линзы из стекла ВК-7), благодаря использованию ДИ, была выявлена ошибка (4л~10-5) в коэффициенте преломления стекла линз

компенсатора, которая вызывала сферическую аберрацию около Л. На рис. 14, а приведена фотография отражательного ДИ (диаметр дифракционной структуры 210 мм), изготовленного для контроля зеркала телескопа LBT. На рис. 14, б приведена карта поверхности главного зеркала телескопа Magellan, полученная с исправленным компенсатором. Величина ошибок не превышала 14 нм (среднеквадратичное значение). На рис. 14, б приведены первые результаты контроля компенсатора главного зеркала LBT с помощью ДИ (см. рис. 14,а). Измерения проводились с помощью интерферометра Тваймана-Грина с фазовой модуляцией и компьютерной обработкой.

Показано, что J13C и термохимическая технология лазерной записи

а б в

Рис. 14.

по хрому позволяют изготавливать прецизионные осевые ДОЭ для контроля высокоапертурной астрономической оптики.

В заключительной части работы рассмотрены две оригинальные схемы интерферометров на основе комбинированных внеосевых ДОЭ. 1. Разработан интерферометр с общим ходом пучков, позволяющий контролировать асферические поверхности в условиях действия дестабилизирующих факторов (рис. 15, а). При освещении ДОЭ 4 точечным источником 1 формируются первый (опорный) сферический волновой фронт с центром в точке и второй - повторяющий форму исследуемой оптической поверхности 5. Опорный волновой фронт фокусируется в центр кривизны опорной (образцовой) поверхности, отражается, поступает обратно к ДОЭ,

Рис.15.

снова дифрагирует на его структуре, проходит светоделитель 2, диафрагму 6 и поступает к регистрирующему блоку 7, где интерферирует с измерительным волновым фронтом. ДОЭ выполнен внеосевым (угол наклона около Io) для устранения бликов и паразитных дифракционных порядков, На рис. 16, а показана интерферограмма сферического зеркала (0 200 мм, f=840 мм). 2. Разработана модификация интерферометра Физо (рис. 15, б), в котором ДОЭ выполняет функцию пробного стекла. В известных интерферометрах с дифракционными компенсаторами один из основных источников погрешностей - это искажения вносимые подложкой ДОЭ. Предложено устранять влияния подложки компенсатора путем объединения в виде одного комбинированного ДОЭ (4 на рис. 15, б) двух элементов: голограммы опорной поверхности и голограммы исследуемой поверхности 5. ДОЭ располагается на внешней по отношению к интерферометру плоскости подложки. На рис. 16, б приведена профиллограмма центральной части изготовленного ДОЭ, выполненная с помощью сканирующего микроскопа. Хорошо видны штрихи (хром) линейной решетки, наложенные на внеосевую (угол наклона 0,25°) рельефную ЗП. Глубина рельефа (материал подложки -плавленный кварц) ЗП около 0,65 мкм. Выравнивание интенсивности опорного и измерительного пучков осуществляется выбором скважности _ линейной решетки. Типичная интерферограмма проверяемой поверхности (образцовое сферическое зеркало /71.5) приведена на рис. 16, в. Видно, что опорный и измерительные пучки интерферометра имеют хорошую пространственную равномерность и обеспечивают высокий контраст (0,8 в центре) интерференционных полос. Благодаря использованию внеосевой схемы полностью исключены блики и паразитные дифракционные порядки. На интерферометре ZYGO с разработанным дифракционным компенсатором получена погрешность измерения поверхности зеркала 0,07Х.

а б в

Рис. 16.

В заключении представлены основные результаты работы.

1. Разработана, исследована и реализована на практике оптическая система прецизионной ЛЗС с круговым сканированием, включающая оригинальные технические решения для:

- управления мощностью и подавления шумов лазерного излучения;

- многоканальной модуляции записывающего лазерного излучения;

- автоматической фокусировки излучения;

- компенсации погрешностей узлов точной механики,

позволяющая, осуществлять прямую запись дифракционных микроструктур с пространственным разрешением до 2000 мм"', полем записи до 300 мм и точностью до 50 нм.

2. Предложен, исследован и введен в практику эксперимента лазерный термохимический метод записи дифракционных микроструктур (ширина линии до 0,3-0,5 мкм) в тонких пленках хрома сканирующим сфокусированным пучком излучения непрерывного лазера. Впервые экспериментально установлено, что скорость травления экспонированных пленок хрома в селективном травителе меньше, чем у неэкспонированных по всей толщине пленки, а изменение оптических свойств экспонированной пленки предложено использовать для контроля процесса записи.

3. Предложен, разработан и исследован фоторастровый метод получения трехмерного микрорельефа произвольной формы с помощью единственного фотошаблона с бинарным амплитудным пропусканием. Анализ зависимости дифракционной эффективности изготавливаемых ДОЭ от типа бинаризации, полосы пропускания, аберраций проекционной системы и погрешностей изготовления фотошаблона показал, что предложенный метод превосходит известный многоуровневый метод при размере зон менее 20 мкм. Экспериментально показана возможность изготовление ДОЭ с дифракционной эффективностью свыше 80-90% при размере зон от 4-8 мкм.

4. Предложен и исследован метод растровой рентгенолитографии для формирования глубокого микрорельефа на поверхностях произвольной формы, основанный на применении растрированного рентгеновского шаблона и синхротронного излучения. С использованием синхротронного излучения получены дифракционные линзы с глубиной пилообразного рельефа до 20-25 мкм и экспериментально продемонстрированы их ахроматические свойства в видимом диапазоне длин волн.

5. Исследованы источники погрешностей при изготовлении ДОЭ в полярной системе координат (сдвиг начала координат и его дрейф в процессе записи, погрешность траектории вращения, погрешность, вносимая автоматической фокусировкой) и проанализировано их влияние на характеристики волновых фронтов ДОЭ. Предложены и исследованы новые методы и устройства для анализа волновых фронтов изготавливаемых ДОЭ и визуализации трехмерных световых полей с помощью эффекта фотолюминесценции прозрачных щелочно-галоидных кристаллов. На основе полученных результатов разработаны и исследованы методы

активной минимизации и компенсации погрешностей записи, позволившие изготавливать ДОЭ с числовой апертурой свыше 0,5, диаметром свыше 200 мм и погрешностями волнового фронта менее 1/20 длины волны.

6. Разработаны, исследованы и экспериментально апробированы новые типы дифракционных элементов - дифракционные фильтры переменного пропускания

- для управления мощным лазерным излучением (импульсное излучение 2-4 Дж/см2, 10нс) и ДОЭ для формирования нескольких независимых волновых фронтов с заданным распределением. Разработаны оригинальные лазерные интерферометры с общим ходом лучей для измерения формы сферических и асферических поверхностей в условиях вибраций.

7. Предложены, исследованы и реализованы на практике принципы пространственной юстировки гибридных оптических систем (с рефракционными и дифракционными компонентами) для создания высокоточных дифракционных компенсаторов контроля асферической оптики.

8. На основе разработанных методов и средств изготовления микроструктур впервые разработаны и созданы ДОЭ и оптико-электронные устройс1ва на их основе для решения следующих задач:

- контроля формы асферических зеркал телескопов диаметром 6,5 и 8,4 м;

- считывания информации с оптических дисков;

- фокусировки лазерного излучения в кольцо и кодирования информации;

- концентрации солнечного излучения в солнечных батареях;

- обеспечения двухфокусности в микроскопах совмещения;

- интерференционного измерения формы асферических поверхностей.

Совокупность научных результатов, полученных в диссертации, закладывает научные основы создания нового поколения оптических элементов - прецизионных ДОЭ с бинарным и кусочно-непреывным рельефом поверхности и их практического применения для решения широкого круга задач информационно-измерительной техники.

Основные результаты диссертации отражены в следующих работах:

1. A.c. 509130 СССР. Цветной теневой прибор / В.А. Арбузов, А.Г. Полещук, В.А. Федоров. Опубл. 08.12.75.

2. A.c. 510684 СССР. Фотоэлектрический теневой прибор / В.А. Арбузов, А.Г. Полещук, В.А. Федоров. Опубл. 05.04.76.

3. Арбузов В.А, Полещук А.Г., Федоров В.А Интерференционно-теневая визуализация оптических неоднородностей//Автометрия, 1975. N5. С. 10-16.

4. A.c. 522482 СССР. Устройство для визуализации оптических неоднородностей / В.А. Арбузов, А.Г.Полещук. Опубл. 25.07.76.

5. A.c. 574762 СССР. Устройство для воспроизведения информации с подвижного носителя / А.Г.Полещук. Опубл. 30.09.77.

6. Arbuzov V.A., Poleshchuk A. G., Fedorov V.P. Optical simulation <»f Hilbert -image of a phase object//Opt. and Quant. Electronics, 1977, 8, № ? P.45^-158.

7. Полещук А.Г. Теневой прибор для автоматизированной системы изготовления киноформных оптических элементов // Тр. Всес. конф. «Автоматизация научных исследований на основе ЭВМ» Новосибирск, 1974. Новосибирск: ИАиЭ СО АН СССР, 1977. С. 345-348.

8. Полещук А.Г. Визуализация формы волнового фронта теневым прибором с вычитанием // Автометрия, 1977. № 5. С. 83-93.

9. Коронкевич В.П., Полещук А.Г. Устройство для записи синтезированных оптических элементов на подвижном носителе // Тр. Ш Всес. конф. по голографии, Ульяновск. Ленинград: ЛИЯФ, 1978. С.83-84.

10. A.c. 602012 СССР. Теневой прибор с фотоэлектрической регистрацией /А.Г. Полещук. Опубл. 14.12.77.

11. A.c. 629444 СССР. Устройство для измерения смещения контролируемой поверхности /А.Г. Полещук, В.А. Арбузов. Опубл. 25.10.78.

12. Полещук А.Г., Химич А.К. Автоматическое позиционирование считывающего луча в оптических запоминающих устройствах // Автометрия, 1978. № 2. С. 139-143.

13. A.c. 505943 СССР. Интерференционно-теневой прибор / В.А. Арбузов, А.Г. Полещук, В.А. Федоров. Опубл. 05.03.76.

14. Полещук А.Г., Кокоулин Ф.И. Исполнительные элементы автоматической фокусировки светового излучения//Опт. мех. пром., 1979. №8. С. 37-40.

15. Полещук А.Г., Кирьянов В.П., Коронкевич В.П., Наливайко В.И. Киноформы. Оптическая система для синтеза элементов.// Новосибирск , 1979. (Препр. 99/ИАиЭ СО АН СССР).

16. Разворович И.В., Полещук А.Г. Геометрическое преобразование изображений с помощью кольцевой дифракционной решетки II Тр. Всес.. конф. «Автоматизация научных исследований на основе ЭВМ», Новосибирск, 1979. Новосибирск: ИАиЭ СО АН СССР, 1979. С.4-8.

17. Ведерников В.М., Вьюхин В.П., Кирьянов В.П., Коронкевич В.П., Кокоулин Ф.И, Полещук А.Г., Лохматов А.И., Наливайко В.И., Тарасов Г.Г., Щерба-ченко A.M., Юрлов Ю.И. Синтез оптических элементов с осевой симметрией прецизионным лазерным фотопостроителем // Тр. Всес. конф. «Формирование изображения и методы его коррекции», Могилев, 1979. Могилев: ИФ АН БССР, 1979. С. 68-69.

18. A.c. 769319 СССР. Устройство для автоматической фокусировки светового излучения /А.Г. Полещук. Опубл. 07.10.80.

19. Химич А.К. Полещук А.Г. Устройство для линейного управления и стабилизации мощности излучения лазера акустооптическим модулятором // Опти-ко-мех. промышленность, 1980, № 9. С. 36-40.

20. Полещук А.Г. Разработка и исследование устройств для изготовления и контроля киноформных оптических элементов: Автореф. дис. канд. тех. наук / ИАиЭ СО РАН -Новосибирск, 1980,-20с.

21. A.c. 884449 СССР. Устройство для оптической записи /В.П. Кирьянов, А.Г. Полещук. Опубл. 21.06.81.

22. Ведерников В.М., Вьюхин В.П., Кирьянов В.П., Коронцевич В.П., Кокоулин Ф.И., Полещук А.Г., Лохматов А.И., Прецизионный фотопостроитель для синтеза оптических элементов. // Автометрия, 1981. № 3. С.3-17.

23. A.c. 847822 СССР. Оптическое запоминающее устройство/ А.Г. Полещук, И.В.Плеханова Опубл. 09.06.81.

24. A.c. 1083801 СССР. Устройство для модуляции светового потока /А.Г. Полещук. Опубл. 01.12.83.

25. A.c. 1034506 СССР. Устройство модуляции светового потока / В.П. Корольков, А.Г. Полещук. Опубл. 08.04.83.

26. Полещук А.Г., Чурин Е.Г., Юрлов Ю.И. Использование термохимического действия лазерного излучения для изготовления дифракционных элементов // • Тр. VI Всес. конф. "Нерезонансное взаимодействие излучения с веществом", Вильнюс, 1984. Вильнюс: ИФ АН СССР, 1984. С.234-235.

27. Kyrianov V.P., Koronkevish V.P., Kokoulin F.f., Poleshchuk A.G., Palchikova I.G., Sedukhin A G., Sherbachenko A.M. Churin E.G. Fabrication of kinoform optical elements. // Optik, 1984. 67, № 3. P.257-267.

28. Коронкевич. В.П., Ленкова Г.А., Михальцова И.А., Полещук А.Г., Пальчико-ва И.Г., Седухин А.Г., Чурин Е.Г., Юрлов Ю.И. Киноформные оптические элементы - методы расчета, технология изготовления, практическое примо; нение // Автометрия, 1985. № 1. С. 4-25.

29. Коронкевич В.П., Полещук А.Г., Чурин Е.Г., Юрлов Ю.И. Селективное травление экспонированных лазером тонких пленок хрома // Письма в ЖТФ, 1985. 11, № 3. С. 144-148.

30. Коронкевич В.П., Полещук А.Г., Чурин Е.Г., Юрлов Ю.И Лазерная термохимическая технология синтеза дифракционных оптических элементов на пленках хрома // Квантовая электроника, 1985. 12, № 4. С.755-761.

31. Корольков В.П., Полещук А.Г., Управление оптическим излучением в прецизионных лазерных фотопостроителя /Автометрия, 1985. №6. С.52-60.

32. Полещук А.Г. Совмещение дифракционных и рефракционных компонентов в ' оптических системах // Автометрия, 1985. № 6. С.27-31.

33. Коронкевич В.П., Полещук А.Г., Пальчикова И.Г., Юрлов Ю.И. Киноформные оптические элементы с кольцевым импульсным откликом. Новоси- • бирск, 1985. (Препр. 265/ИАиЭ СО АН СССР).

34. A.c. 1280560 СССР. Способ изготовления дифракционных оптических элементов/ В.П.Корольков, А.Г.Полещук, Е.Г.Чурин. Опубл. 30,12.86.

35. Poleshchuk A. G., Churin E.G., Yurlov Yu.I, Mednikarov В. Application of an Evaporated Photoresist (AsS) in the Production of Kinoform Optical Elements. // Journ. of Imaging Science, 1986. 30, № 3. P.132-135.

36. A.c. 1312508 СССР. Двухфокусная оптическая система /А.Г.Полещук, И.Г.Пальчикова, В.П.Нагорный. Опубл. 23.05.87.

37. Коронкевич В.П., Полещук А.Г., Пальчикова И.Г. Бифокальный микроскоп с киноформными оптическими элементами //Автометрия, 1987. № 6. С. 15-22.

38. Полещук А.Г. Фоторастровый метод синтеза киноформов для лазерной техники // Тр. V Всесоюз. конф. «Оптика лазеров», Ленинград, 1987. С. 270.

39

40

41

42.

43

44

45

46

47.

48

49

50.

51.

52.

53.

Кругляк З.Б., Полещук А.Г., Малышев А.И., Чурин Е.Г. Об одном методе изготовления оригиналов оптических дисков //Тр. Всес. конф. «Проектирование внешних ОЗУ на подвижных носителях», Пенза, 1988. С.32-34. Koronkevitch V.P., Nagorni V.N., Poleshchuk A. G., Palchikova I.G. Bifocus microscope. // Optik, 1988. 78, № 2. P.64-66.

Коронкевич В.П., Полешук А.Г., Пальчикова И.Г. Считывание информации с компакт-дисков лазерной головкой с дифракционной оптикой // Квантовая электроника, 1988. 15, № 10, С.2128-2134.

Корольков В.П., Коронкевич В.П., Михальцова И.А, Полещук А.Г., Седухин А.Г. Киноформы: технология, новые компоненты и оптические системы. Часть 1.// Автометрия, 1989. № 3. С.91-98.

Корольков В.П., Коронкевич В.П., Полещук А.Г., Михальцова И.А, Седухин А.Г. Киноформы: технология, новые компоненты и оптические системы. Часть II. // Автометрия, 1989. № 4. С.49-66.

А с. 1605833 СССР. Система автоматической фокусировки лазерного фотопостроителя /А.Г. Полещук. Опубл. 01.01.90.

Poleshchuk A G. Fabrication of phase structures with continuous and multilevel profile for diffraction optics // Proc. of SPIE, 1991. 1574. (Int. Colloquium on Dif-fractive Optical Elements) P. 89-100.

Полещук А.Г. Изготовление высокоэффективных элементов дифракционной оптики с помощью полутоновой и фоторастровой технологий //Автометрия, 1991. № 3. С.66-76.

Полещук А.Г. Изготовление рельефно-фазовых структур с непрерывным и многоуровневым профилем для дифракционной оптики // Автометрия, 1992. № I. С.66-79.

Iloafeld J., Asfour J.M., Tschudi T., .Koronkvich V.P. Poleshchuk A. G., Fabrication of continuous kinoform optical elements using a single binary mask // Proc. of International Meeting "OPTO'92", Paris 1992. P.122-126. Полещук А.Г., Медникаров Б., Чурин Е.Г. Применение пленок AsS для изготовления рельефно-фазовых дифракционных элементов // Автометрия, 1993. N 1. С. 87-93.

Патент 2017236 РФ. Устройство для многоканальной оптической записи информации /А.Г. Полещук. Опубл. 30.07.94.

Донцова В.В, Полещук А.Г., Клевцов Ю.А., Коронкевич В.П. Микрообъективы с дифракционными корректорами для дисковой памяти //Автометрия, 1994. № 1.С. 3-10.

Полещук А.Г., Харисов А.А. Особенности применения киноформных линз в концентраторах света солнечных батарей. // Автометрия, 1994, № 3. С. 106109.

Koronkevich V.P., Kiryanov V P., Korolkov V.P., Poleshchuk A. G„ Cherkashin V.A. Harisov A.A. Fabrication of diffractive optical elements by laser writing with circular scanning // Proc. 5-th Intern. Workshop "Digital Image Proccesing", Samara, 1994. P.92-94.

54. Koronkevich V.P., Korolkov V.P., Poleshchuk A. G., Cherkashin V.A., Churin E.G., Bürge J. Laser thermochemical technology for fabrication of binary computer-generation holograms for optical testing // Technical Digest Workshope "Diffractive optics", Prugue, 1995. P.37.

55. Koronkevich V.P., Kiryanov V.P., Korolkov V.P., Poleshchuk A. G., Cherkashin V.A. Harisov A.A. Fabrication of diffractive optical elements by laser writing with circular scanning // Proc. of SPIE, 1995. 2363. (5th Intern. Workshop on Digital Image Processing and Computer Graphics) P.290-297.

56. Cherkashin V., Koronkevich V., Poleshchuk A.G., Makarov O., Chen A., Kras-noperova A, Cerrina F. A new application for X- ray lithography: fabrication of blazed diffractive elements with a deep phase profile // Proc. of SPIE, 1996. 2723. > (Electron-Beam, X-Ray, EUV, and Ion-Beam Submicrometer Lithographies for Manufacturing VI) P. 261-267.

57. Полещук А.Г. Методы формирования профиля поверхности дифракционных оптических элементов // Компьютерная оптика. Москва - Самара, 1998. М.:МЦНТИ, 1998. Вып. 16. С. 54-61.

58. Полещук А.Г. Голографические фильтры переменной плотности //Конф. стран СНГ и Прибалтики "Голография 96", С.-Петербург, 1996. С. 21.

59. Коронкевич В.П., Кулипанов Г.Н., Макаров O.A., Мезенцева J1.A., Полещук

A.Г., Назьмов В.П., Пиндюрин В.Ф., Черкашин В.В., Чурин Е.Г. Использование рентгеновской литографии для создания дифракционных оптических элементов с глубоким фазовым профилем // Нац. Конф. "Применение рентгеновского, синхротронного излучений, нейтронов и электронов для исследования материалов. Дубна, 1997. Москва: 1997. С.570.

60. Cherkashin V.A., Churin E.G., J.H. Bürge, Korolkov V P., Poleshchuk A. G„ Kharisov A.A., Koronkevich V P. Processing parameters optimization for thermochemical writing of DOEs on chromium films // Proc. of SPIE, 1997. 3010, (Diffr. and Holographic Device Technologies and Applications IV) P. 168-179.

61. Полещук А.Г. Дифракционные фильтры с переменным пропусканием // Ав- * тометрия, 1997, № 5. С. 22-30,

62. Poleshchuk A.G. Diffractive light attenuators with variable density // FOS Topical Meeting "DOE-97" Finland, Savonlina: EOS Digest Series, 1997. 12. P. 112-113.

63. Коронкевич В.П, Корольков В.П., Полещук А.Г., Харисов A.A., Черкашин

B.В. Синтез дифракционных оптических элементов в полярной системе координат - анализ погрешностей изготовления и их измерение // Автометрия, 1997, №6. С.42-56.

64. Коронкевич В.П, Корольков В.П., Полещук А.Г., Харисов A.A.. Черкашин В.В. Точность изготовления дифракционных оптических элементов лазерными записывающими системами с круговым сканированием. // Комп. оптика. Москва - Самара, 1998. М.: МЦНТИ, 1998. Вып. 17. С. 61-74.

65. Корольков В.П., Полещук А.Г., Малышев А.И., Никитин В Г., Харисов A.A., Черкашин В В., By Чак Полутоновые фотошаблоны на основе I DW-стекол //Автометрия, 1998, № 6. С 27-37.

66.

67.

68.

69

70.

71

72.

73.

74

75

76.

77.

78.

79.

Коронкевич В.П., Корольков В.П., Полещук А.Г. Лазерные технологии в дифракционной оптике // Автометрия, 1998, № 6. С.38-46. Полещук А.Г., Малышев А.И., Харисов А.А., Черкашин В.В. Дифракционные фильтры для управления излучением мощных лазеров // Автометрия, 1998, №6. С.38-46.

Полещук А.Г., Малышев А.И., Харисов А.А., Черкашин В В. Управление мощным лазерным излучением дифракционными элементами нулевого порядка дифракции// Сб. Комп. оптика, Москва - Самара, 1998. М.: МЦНТИ, 1998. Вып. 18. С. 34-42.

Poleshchuk A. G., Cherkashin V V., Kharisov A.A., Korolkov V P., Koronkevich V.P. Accuracy potential of circular laser writing of DOEs // Proc. of SPIE, 1998. 3348. (Optical Information Science and Technology (OIST97)) P.58-70. Poleshchuk A.G. Diffractive light attenuators with variable transmission // Journal of Modern Optics, 1998. 45, № 7. P.1513-1522.

Poleshchuk A.G. Techniques for formation of the surface profile of diffractive optical elements // Optics and Laser Engineering, 1998. 29, № 4-5. P.289-306. Poleshchuk A. G., Koronkevich V.P, Korolkov V.P. Laser technologies in diffractive optics // Proc. of SPIE, 1998. 3733. (1CONO '98: Nonlinear Optical Phenomena and Coherent Optics in Information Technologies) P. 417-427. Патент 2137163 РФ. Светофильтр оптического излучения переменной плотности / Полещук А.Г. Опубл. 10.02.99..

Poleshchuk A.G., Churin E.G., Koronkevich V.P., Korolkov V.P., Kharisov A.A., Cherkashin V.A., Kirianov V.P., Kirianov A.V., Kokarev S. A, Verhoglad A.G. Polar coordinate laser pattern generator for fabrication of diffractive optical elements with arbitrary structure // Appl. Optics. 1999. 38, № 8. P. 1295-1301. Korolkov V.P., Poleshchuk A. G., Malyshev A.I, Nikitin V. G, Kharissov A. A., Cherkashin V.V., Wu C. Application of gray-scale LDW-glass masks for fabrication of high-efficiency DOEs // Proc. SPIE. 1999. 3633. (Diffractive and Holographic Techn., Systems, and Spatial Light Modulators VI) P. 129-138. Лях В.В., Малышев А.И., Пиндюрин В.Ф., Полещук А.Г., Седухин А.Г. Визуализация трехмерных когерентных световых полей экранными регистраторами на основе рентгено-чувствительных щелочно-галоидных кристаллов // Комп. оптика, Москва - Самара, 1999. М.: МЦНТИ, 1999. Вып. 19. С. 63-70. Poleshchuk A. G., Burge J.H., Churin E.G. Design and application of CGHs for simultaneous generation several specified wavefronts // EOS Topical Meeting Digest Series "DOE-99", Jena, Germany, August 23-25, 1999. 22. P. 155-156. Poleshchuk A. G., Churin E.G., Korolkov V.P., Asfour J.M. Hybrid refractive-diffractive null corrector for high accuracy figure metrology of deep aspherical surfaces //OSA Technical Digest "DOMO". OSA, Washington, 2000, P.211-213. Lyakh V.V, Pindyurin V.F., Kochubey D.I.,.Gyunzburg K.E, Zvezdova N.P., Ko-chubey V.I., Sedova Yu.G., Koronkevich V.P.,. Poleshchuk A. G., Sedukhin A.G. Radiophoto luminescence of alkali-halide crystals stimulated by Bessel laser beam // Nucl. Instr. and Methods in Physics Research, 2000, A448. P.200-210.

80. Чурин Е.Г., Полещук А.Г., Корольков В.П. Гибридна^ рефракционно - дифракционная нулевая система для интерферометрического контроля светосильных асферических поверхностей. // Комп. оптика. Москва - Самара,

2000, М.: МЦНТИ, 2000, Вып. 20, С. 76-79.

81. Korolkov V.P., Poleshchuk A.G., Malyshev A.I., Cherkashjn V.V. Fabrication of gray-scale masks and diffractive optical elements with LD\V-glass // Proc. SPIE,

2001. 4440, (Lithogr. and Micro mach. Techn. for Optical Component Fabric.) P. 73-83.

82. Bürge J. H., Korolkov V.P., Poleshchuk A. G., Cherkashin V.V. Polar coordinate laser writing system: error analysis of fabricated DOEs // Proc. SPIE, 2001. 4440, (Lithogr. and Micromach. Techn. for Optical Component Fabric.) P. 84-90.

83. Poleshchuk A. G., Churin E. G, Matochkin A. E Common pass interferometer with off-axis computer generated hologram // EOS Topical Meeting Digest series, DOE-2001, Budapest, Hungary, 9-11 October 2001. 30, P. 60-61.

84. Полещук А.Г., Коронкевич В.П., Корольков В.П., Седухин А.Г. Применение дифракционной оптики в измерительной технике // Комп. оптика, Москва -Самара, 2001. М.: МЦНТИ, 2001. Вып. 22. С. 85-95.

85. Патент 2186336 РФ. Интерферометр для измерения формы поверхности оптических изделий / Полещук А.Г. Опубл. 27.07.02.

86. Полещук А.Г., Корольков В.П., Черкашин В.В., Райхельт С., Бёдж Дж. Методы минимизации ошибок прямой лазерной записи дифракционных оптических элементов // Автометрия, 2002. №3. С. 3-19.

87. Poleshchuk A.G., Koronkevch V.P., Korolkov V.P., Sedukhin A.G. Application of diffractive optical elements in laser metrolology. //Proc. of SPIE. 2002. 4900, (Seventh International Symposium on "Laser Metrology Applied to Science, Industry, and Everyday Life". Novosibirsk, Russia, September 2002) P.84I-85I.

88. Poleshchuk A. G., Korolkov V.P., Cherkashin V.V., Bürge J.. Methods for certification of CGH fabrication. // Trends in Optics and Photonics, 2002. Vol. 75 (OSA Topical Meeting "DOMO-2002", June 3-6, 2002, Tucson, USA). P.438-440.

89. Poleshchuk A. G., Asfour J.M. CGHs as Fizeau reference for interferometric null testing // Trends in Optics and Photonics,. 2002. Vol. 75 (OSA Topical Meeting "DOMO-02", June 3-6, 2002, Tucson, USA). P.41-44.

90. Bürge J., Poleshchuk A. Optical test alignment using computer-generated holograms // SPIE Intern. Technical Group Newsletter 2002. Vol. 13, No. 2, P. 3.

91. Патент 2207637 РФ. Устройство автоматической фокусировки лазерного фотопостроителя / Полещук А.Г. Опубл. 27.06.03.

92. 3D лазерные информационные технологии. Под. ред Твердохлеба П.К./ Глава 5. Полещук А.Г., Коронкевич В.П. Лазерные методы трехмерного микроструктурирования оптических поверхностей // - Новосибирск: ИА"), 2003. с. 243-310.

Подписано к печати 23 сентября 2003 г.

Формат бумаги 60x84 1/16

Объем 2.0 печ. л. Тираж 120 экз. Заказ № 141.

Отпечатано в ЗЛО «Офсет»,

630090, Новосибирск-90, Пр-т Ак. Коптюга

fit M

РНБ Русский фонд

2005-4 7622

03 UT 2003

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. СИНТЕЗ ДИФРАКЦИОННЫХ ОПТИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ В ПОЛЯРНОЙ СИСТЕМЕ КООРДИНАТ.

1.1. Устройства записи в полярной системе координат.

1.2. Преимущества и недостатки способа записи в полярной системе координат.

1.3. Системы управления интенсивностью лазерного пучка.

1.3.1. Система линейного и импульсного управления мощностью записывающего пучка.

1.3.2. Многоканальная система управления мощностью.

1.4. Методы автоматической фокусировки в лазерных записывающих устройствах.

1.4.1. Система автоматической фокусировки с увеличенной помехоустойчивостью.

1.5. Оптический канал записи ЛЗС.

1.6. ЛЗС с горизонтальным расположением шпинделя.

1.7. ЛЗС с вертикальным расположением шпинделя.

Выводы.

ГЛАВА 2. ПОГРЕШНОСТИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДОЭ.

2.1. Влияние погрешностей изготовления дифракционной структуры на характеристики волнового фронта.

2.1.1. Дифракционная эффективность.

2.1.2. Фаза волнового фронта.

2.1.3. Искажение структуры зон ДОЭ.

2.2. Источники погрешностей изготовления ДОЭ.

2.2.1. Ошибка фиксации начала координат.

2.2.2. Погрешность угловой координаты.

2.2.3. Погрешность траектории вращения.

2.2.4. Погрешность перемещения записывающего пятка.

2.2.5. Погрешности координаты записи, вносимые системой автоматической фокусировки.

2.3. Методы определение специфических ошибок JI3C.

2.3.1. Поиск оси вращения подложки.

2.3.2. Долговременная стабильность положения начала радиальной координаты.

2.3.3. Измерение траектории движения лазерного пучка.

2.4. Методы определение ошибок JI3C путем анализа золновых фронтов тестовых ДОЭ.

2.4.1. Круговые зонные пластинки.

2.4.2. Линейные дифракционные решетки.

2.4.3. Измерения искажений волнового фронта.

2.4.4. Исследование точности записи ДОЭ с помощью ЛЗС.

2.5. Методы коррекции погрешностей ЛЗС.

2.5.1. Стратегия записи осесимметричных ДОЭ.

2.5.2. Предсказание искажений волнового фронта ДОЭ.

2.5.3 Виды искажения волнового фронта.

2.5.4. Изготовление ДОЭ с периодической коррекцией.

2.5.5. Коррекция погрешности траектории вращения.

2.6. Сертификация процесса записи ДОЭ.

2.6.1. Экспериментальное исследование.

2.7. Трехмерная визуализация световых полей ДОЭ.

2.7.1. Метод визуализации.

2.8. Разработка и исследование устройств контроля формы волнового фронта.ИЗ

2.8.1. Контроль формы волнового фронта фотоэлектрическими теневыми приборами.

2.8.2. Контроль волнового фронта цветным теневым прибором.

2.8.3 Интерференционно-теневой контроль волнового фронта.

Выводы.

ГЛАВА 3. МЕТОДЫ ПРЯМОЙ ЛАЗЕРНОЙ ЗАПИСИ ДИФРАКЦИОННЫХ МИКРОСТРУКТУР С АМПЛИТУДНЫМ ПРОПУСКАНИЕМ.

3.1. Термохимический метод изготовления ДОЭ в пленках хрома.

3.1.1. Выбор пленок хрома.

3.1.2. Исследование термохимического метода.

3.1.3. Исследование кинетики окисления пленки хрома.

3.1.4. Селективное травление пленок хрома.

3.1.5. Формирование линий заданной ширины.

3.1.6. Погрешности записи.

3.1.7. Оптические свойства облученных пленок хрома.

3.1.8. Пространственное разрешение.

3.1.9. Модель процесса термохимической записи.

3.2. Изготовления ДОЭ с использованием халькогенидных пленок.

3.2.1. Напыленные резисты: напыление и проявление.

3.2.2. Экспериментальное исследование метода записи.

3.2.2. Изготовление фотошаблонов дифракционных элементов.

Выводы.

ГЛАВА 4. ФОРМИРОВАНИЕ КУСОЧНО - НЕПРЕРЫВНОГО МИКРОРЕЛЬЕФА ДИФРАКЦИОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ.

4.1. Методы формирования микрорельефа дифракционных элементов

4.2. Изготовление ДОЭ методами фотолитографии.

4.3. Полутоновые методы формирования микрорельефа поверхности.

4.4. Фоторастровый метод формирования микрорельефа поверхности.

4.4. Растрированный фотошаблон.

4.5. Методы бинаризации полутоновой функции пропускания.

4.5. Анализ дифракционной эффективности изготовленных элементов.

4.6. Анализ погрешностей изготовления растрированного фотошаблона.

4.7. Экспериментальное изучение формирования рельефа фоторастровым методом.

4.8. Формирование микрорельефа методом растровой рентгенолитографии.

4.9. Формирования микрорельефа многоуровневым методом.

4.10. Сравнение фоторастровой и многоуровневой технологий.

Выводы.

ГЛАВА 5. ДИФРАКЦИОННЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ В ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМАХ.

5.1. Однокомпонентные ДОЭ.

5.1 Л. Асферическая дифракционная линза.

5 Л .2. Дифракционная ахроматическая линза с глубоким профилем.

5Л .3. ДОЭ с кольцевым импульсным откликом.

5 Л .4. Дифракционные фильтры с переменным пропусканием.

5.1.5. Дифракционные элементы для формирования независимых волновых фронтов.

5.2. Гибридные системы.

5.2.1. Совмещение дифракционных и рефракционных компонентов по картине дифракции.

5.2.2. Совмещение дифракционных и рефракционных компонентов по интерференционной картине.

5.3. Оптические системы с ДОЭ.

5.3.1. Геометрическое преобразование изображений.

5.3.2. Двухфокусный микроскоп.

5.3.3. Лазерная считывающая головка с оптических дисков.

5.3.4. Дифракционные концентраторы света для солнечных батарей.

5.3.5. Сертификация компенсаторов больших зеркал.

5.3.6 Интерферометр с общим ходом пучков.

5.3.7. Интерферометр Физо с комбинированной голограммой.

Выводы.

Развитие современной оптики связано с совершенствованием ее элементной базы. Основу этой базы составляют - линзы, объективы, призмы, зеркала и т.д., которые с позиции волновой оптики рассматриваются как пространственные фазовые модуляторы света. Аналогичный эффект фазовой модуляции может быть получен с использованием тонких фазовых пластинок с вариацией оптической толщины, лежащей в пределах длины волны света. Такие пластинки получили название дифракционных оптических элементов (ДОЭ), синтезированных голограмм, фокусаторов, киноформов, а соответствующая область науки - дифракционной оптики [1, 2]. ДОЭ осуществляют непосредственное наложение модулирующей функции ф(х,у) на фазу исходной световой волны. Такие элементы в отличие от оптических голограмм при освещении монохроматической световой волной дают единственный дифракционный порядок, и весь падающий световой поток идет на создание полезного изображения. ДОЭ может осуществлять различные функциональные преобразования световых полей, выполнять функции сложного многолинзового объектива, коррекцию сферических или хроматических аберраций и т.д. Использование плоских элементов в оптических схемах, особенно использующих монохроматические лазерные источники света, открывает перспективу создания дешевых, компактных и функционально сложных приборов.

Дифракционная оптика не является конкурентом традиционной оптики. Как и большинство перспективных технологий, она предоставляет новые возможности в улучшении качества изображения, сокращении числа компонентов в оптической системе, снижении цены и веса прибора. Одно из основных ее достоинств это существенное расширение спектра приложений оптики на области систем массового применения, к которым относятся: соединители оптических линий связи, различные датчики и приборы, головки устройств записи/считывания, принтеры, устройства для чтения товарного кода, радужные знаки защиты денег, товаров и ценных бумаг, лазерные технологические и хирургические инструменты и др.

В последние годы появилось несколько новых направлений дифракционной оптики, которые дадут возможность совершить качественный скачок в управлении светом. Одно из них - создание ДОЭ, работающих в резонансной области [3]. Новые дифракционные элементы могут управлять всеми компонентами оптического излучения (амплитудой, фазой и поляризацией) и имеют высокую дифракционную эффективность. Характерные размеры микроструктуры для видимой области спектра составляют около 0,25-0,5 мкм. Другое перспективное направление - синтез ДОЭ с глубоким рельефом [4]. В этом случае оптические элементы совмещают в себе достоинства классической (рефракционной) оптики (ахроматичность) с гибкостью дифракционной. ДОЭ с глубоким рельефом позволяют фокусировать и преобразовывать обычный «белый» свет. Микроструктура таких ДОЭ должна иметь рельеф оптической поверхности с плавно изменяющейся высотой в диапазоне от нуля до десятков микрон. И, наконец, ДОЭ на сферических поверхностях [5, 6], позволяющие создать новые элементы лазерной оптики, оптических и рентгеновских телескопов, системы многоканальной оптической связи и др.

Характеристики и типичные примеры некоторых дифракционных микроструктур представлены в Табл.1.

Таблица 1. п/п Тип структуры Вид структуры Характерные размеры Область применения

1 Бинарная амплитудная структура т ► -4 Минимальный период: Ti= 0,4-0,6 мкм. Пропускание: t = (1-3)D Оптическое приборостроение: фотошаблоны, маски, сетки, шкалы, кодовые диски, амплитудные голограммы

1 (

2 Бинарный (фазовый) микрорельеф т hb Минимальный период: Ti= 0,4-0,6 мкм. Высота рельефа: Ьь = 0,1 -10 мкм. Оптическое и научное приборостроение, микромеханика, информатика, квантовая электроника, интегральная оптика

3 Непрерывный микрорельеф (киноформ) К т ! Г Минимальный период : Т\= 1,5-2 мкм. Высота рельефа: hk = 0,1 -30 мкм. Оптическое приборостроение, медицина, системы и приборы массового спроса.

4 Микрорельеф на сферической поверхности г-———il1 Минимальный период : Т= 0,4-0,6 мкм, стрелка прогиба : 1-10мм. Спектроскопия, астрономическая оптика, приборостроение, лазерная оптика, оптическая связь.

5 Структура с полутоновым пропусканием ^min ^max Диапазон изменения пропускания пленки: tma>/tmin >5-50. Минимальный период : Т= 1,5-2 мкм Технология оптического приборостроения и микроэлектроники, голография, оптическая обработка информации. f "7

До последнего времени для изготовления ДОЭ в основном применялось оборудование ранее созданное для производства изделий микроэлектроники. Однако топологическая структура поверхности ДОЭ имеет произвольный характер, задаваемый распределением фаз световой волны, в то время как структура поверхности микросхемы представляет собой систему линий и прямоугольников. Структура поверхности ДОЭ может иметь минимальные размеры менее половины длины волны света (0,20,5 мкм), однако, общие размеры могут достигать десятков сантиметров и даже метров в диаметре, что во много раз больше размеров кристалла микросхемы. Требования современной дифракционной оптики ставят такие задачи, которые не имеют адекватного решения из-за отсутствия технологических комплексов (сочетание устройства и технологии) для микропрофылирования оптических поверхностей с минимальным размером элементов микроструктуры менее 0,5 мкм и световым полем до 200-300 мм и более. Абсолютная точность топологии элемента должна быть на уровне 1/4 -1/20 от размера наименьшей дифракционной зоны, т.е. 20-100 нм. Кроме того, высота рельефа синтезируемой структуры должна плавно меняться от нуля до десятков микрон на одном скате при крутом переходе от зоны к зоне. Таким образом, поиск новых путей решения проблемы синтеза высокоэффективных и точных ДОЭ представляется весьма актуальным.

Первые образцы ДОЭ [7], по своим свойствам подобные фазовым зонным пластинкам Френеля [8], были получены с использованием обычного фотослоя, отбеленного с целью перевода градаций фотографического почернения в соответствующее распределение оптической толщины [9]. Усадка фотоэмульсии и несовершенство процессов фотографии и отбеливания приводило к появлению значительных искажений в восстанавливаемом изображении [10].

В последние годы были достигнуты успехи в создании регистрирующих сред. Для изготовления ДОЭ с бинарным профилем была разработана лазерная термохимическая технология записи микроструктур в пленках хрома [11]. Для синтеза ДОЭ как с бинарным, так и непрерывным профилем были использованы тонкие пленки халькогенидных стеклообразных полупроводников (ХСП) [12, 13], аморфного кремния [14], LDW стекла [15] и др. При экспонировании пленок ХСП изменения происходят во время экспозиции и пленка не требует химической обработки.

Синтез ДОЭ в резисте с последующим переносом микроструктуры путем травления в стекло или кварц [16] снимает ограничения, связанные с низкой механической прочностью и рассеянием света в пленках ХСП. Управляемое травление стеклянных или кварцевых пластинок позволяет получить фазовый рельеф с высокой степенью точности и приблизить качество изготовляемых по этой технологии элементов к качеству классических стеклянных оптических элементов. Особенно ценным является возможность использования технологии и оборудования применяемого в производстве полупроводниковых приборов [17]. Использование методов фотолитографии позволяет, с предварительно изготовленной рельефной матрицы ДОЭ, тиражировать большими партиями копии, аналогично тиражированию компакт дисков и дифракционных решеток [18]. Степень идентичности элементов, изготовленных этим методом, намного превосходит степень идентичности классических стеклянных линз, при несравненно меньшей стоимости. В настоящее время этим путем изготавливают случайные фазовые маски для улучшения качества изображения в голографических системах, линзовые растры и экраны из линзовых растров для высококачественных проекторов, оптику лазерных головок считывания и датчиков, фокусаторы лазерного излучения и т.д. [1]. Это первые плоские оптические элементы, которые уже получили распространение, и в производстве которых используется современная технология фотолитографии.

Для изготовления фазовых структур с непрерывным профилем были разработаны и исследованы различные многоуровневые фотолитографические методы получения микрорельефа. Метод, использующий log2M фотошаблонов для создания М фазовых уровней [19], позволил значительно упростить процесс изготовления ДОЭ и получил широкую известность. Однако возможности традиционных фотолитографических технологий при изготовлении ДОЭ с малым размером зон Т - ограничены. Это обусловлено тем, что размер элементарной ступеньки составляет Т/М = 0,5-1 мкм (дифракционная линза с числовой апертурой NA=0,1-0,2 для видимого участка спектра имеет Т - 4-8 мкм). При таких малых размерах ступенек рельефа точность изготовления структуры и совмещения фотошаблонов (доли микрона в лучших установках) начинает играть ведущую роль, приводя к снижению дифракционной эффективности и возрастанию рассеянного света.

Известные в настоящее время методы синтеза микроструктур не позволяют наносить с высокой точностью фазовый рельеф с пространственными частотами до 2000 мм"1 на подложку диаметром в 100300 мм. Это является препятствием на пути широкого практического применения дифракционной оптики.

В этой связи целью работы является разработка методов создания прецезионных ДОЭ с бинарным и кусочно-непреывным рельфом поверхности и их применение для решения прикладных задач оптической обработки информации и оптической метрологии. Под методами создания ДОЭ мы понимаем сочетание устройств, технологий и алгоритмов функционирования.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

1. Разработать принципы построения и алгоритмы функционирования прецизионных лазерных записывающих систем, работающих в полярной системе координат.

2. Исследовать особенности прямой лазерной записи дифракционных структур в пленках хрома и халькогенидных стеклообразных полупроводниках для формирования волновых фронтов с точностью до сотых долей долины волны света.

3. Исследовать погрешности изготовления ДОЭ и разработать методы их минимизации и компенсации.

4. Разработать и исследовать методы создания ДОЭ с кусочно- непрерывным рельефом поверхности на основе полутоновых и растрированных фотошаблонов.

5. Разработать новые элементы и системы дифракционной оптики для решения прикладных задач информационно - измерительной техники.

Научная новизна работы.

1. Предложены, разработаны и экспериментально исследованы оптико-электронные устройства для изготовления ДОЭ - лазерные записывающие системы с круговым сканированием, позволившие использовать безрезистивный способ записи с пространственным разрешением до 2000 мм"1 и погрешностью выполнения топологии дифракционной структуры менее 50 нм при общем размере элементов до 300 мм.

2. Предложен, исследован и введен в практику эксперимента термохимический метод записи дифракционных микроструктур в тонких пленках хрома (ширина линии до 0,3-0,5 мкм). Запись осуществляется движущимся сфокусированным лазерным пучком в диапазоне скоростей от 10'2 до 5-103 мм/с. Установлено, что под действием излучения термохимические и структурные процессы происходят по всей толщине пленки хрома, а сопровождающие их изменения оптических характеристик пленки можно использовать для контроля записи.

3. Исследованы и установлены зависимости между параметрами дифракционной структуры и распределением света в дальней зоне в нулевом порядке дифракции, позволившие создать фоторастровый метод синтеза кусочно-непрерывного рельефа с помощью единственного фотошаблона с бинарным пропусканием, а также дифракционные фильтры переменного пропускания для управления лазерным излучением.

4. Предложен и исследован метод растровой рентгенолитографии (при помощи синхротронного излучения), позволяющий формировать глубокий кусочно-непрерывный микрорельеф ДОЭ с большим аспектным отношением на поверхностях произвольной формы. Получены дифракционные линзы с глубиной рельефа свыше 20 мкм и экспериментально продемонстрированы их ахроматические свойства в видимой части спектра.

5. Предложен и исследован новый класс ДОЭ для формирования нескольких независимых волновых фронтов с заданным распределением. На их основе разработаны лазерные интерферометры с общим ходом лучей для измерения формы сферических и асферических оптических поверхностей в условиях вибраций и действия дестабилизирующих факторов.

6. Предложены и исследованы принципы построения и юстировки гибридных оптических систем (рефракционные и дифракционные компоненты) для создания двухфокусных объективов микроскопов и дифракционных компенсаторов для контроля асферической оптики. 7. Предложены, обоснованы, промоделированы и реализованы в лазерной записывающей системе с круговым сканированием методы минимизации и компенсации погрешностей записи, позволившие осуществить синтез ДОЭ с числовой апертурой свыше 0,5, диаметром свыше 200 мм и погрешностью волнового фронта менее 1/20 длины волны.

Новизна предложенных методов и физико-технических решений подтверждена 19 авторскими свидетельствами и патентами.

На защиту выносятся.

1. Комплекс методов, средств и алгоритмов для автоматизированного изготовления бинарных осевых и внеосевых дифракционных оптических элементов с пространственными частотами до 2000 мм"1, световым полем до 300мм.

2.Результаты исследования процесса прямой лазерной записи, позволившие практически осуществить изготовление и сертификацию дифракционных структур с числовой апертурой до NA=0,5, диаметром свыше 200 мм и точностью воспроизведения волнового фронта до 1/20 длины волны.

3. Термохимический метод записи дифракционных структур с пространственными частотами свыше 2000 мм"1 в пленках хрома.

4.Фоторастровый метод изготовления рельефно-фазовых ДОЭ, позволяющий получить дифракционную эффективность свыше 90 % с использованием одного бинарного фотошаблона.

5.Растровый рентгенолитографический метод (с применением синхротронного излучения) для формирования трехмерного микрорельефа ДОЭ на поверхностях произвольной формы.

6.Физико-технические решения на основе применения ДОЭ для:

- геометрического преобразования изображений;

- оптических головок считывания информации с оптических дисков;

- контроля взаимной юстировки дифракционных и рефракционных компонентов;

- двухфокусного микроскопа совмещения станции рентгенолитографии;

• - фильтров непрерывного и импульсного лазерного излучения большой мощности;

- контроля оптических поверхностей, в том числе зеркал телескопов диаметром 6,5 и 8,4 метров.

Практическая ценность работы.

1. Разработаны методы и оборудование для синтеза ДОЭ с высокой дифракционной эффективностью (свыше 80-90%).

2. Впервые в стране созданы и выпущены совместно с КТИ НП СО РАН промышленные образцы прецизионных круговых лазерных записывающих систем, предназначенные для изготовления ДОЭ. Системы внедрены на Новосибирском приборостроительном заводе (НПЗ), НПО Луч (г. Подольск), КТИ НП СО РАН и по международным контрактам поставлены

9 в Институт технической оптики (г. Штутгарт, Германия), Институт прикладной оптики (г. Берлин, Германия), Исследовательский центр концерна ФИАТ (г. Турин, Италия), Институт физики (г. Ляньчжоу. Китай).

3. Разработана безрезистивная технология прямой лазерной записи микроструктур на пленках хрома, которая явилась базовой для поставленных по упомянутым выше контрактам записывающих систем и для созданного в Стюардовской обсерватории университета Аризоны (г. Туссон, США) устройства для записи синтезированных голограмм диаметром до 2-х метров. щ . 4. В рамках международных контрактов созданы и успешно применены в лаборатории зеркал Стюардовской обсерватории университета Аризоны дифракционные элементы для проверки качества главных зеркал телескопов с диаметром 6,5 и 8,4 метров (международные проекты: Magelan, ММТ и LBT).

5. Разработан, изготовлен и используется в цеховых условиях НПЗ лазерный интерферометр с дифракционной оптикой для измерения формы поверхности оптических деталей.

6. Разработан и создан совместно со специалистами НПО "Восток" (г. Новосибирск) и ИЯФ СО РАН двухфокусный микроскоп для совмещения рентгеношаблонов станции синхротронной литографии.

Связь с государственными научно-техническими программами. Работы по диссертации выполнялись по планам НИР ИАиЭ СО РАН по темам: "Разработка и исследование новых функциональных систем и элементов когерентной и нелинейной оптики" (roc.per.N 810839026, гос.рег. N 80039444); "Разработка фундаментальных проблем создания и совершенствования элементной базы квантовой электроники и перспективной оптики" (гос. per N 01.86.0058729); "Развитие лазерных технологий и соответствующего оборудования субмикронной точности, разработка нетрадиционных элементов фотоники и высокопрецизионных оптико-электронных измерительных систем для научных исследований и машиностроения1' (гос. per. N 01.9.20 000194); "Физико-технические основы 2-D и 3-D лазерных технологий (новые материалы и элементы для лазерных технологий, сверхразрешение, технологии оптической памяти, синтеза объемных моделей и изображений, микро- и наноструктурирование материалов. Развитие на их основе базовых лазерных технологий производства новых элементов, приборов и систем двойного применений» (гос. per. N 01.9.60 013066).

Апробация результатов работы.

Основные результаты работы докладывались на: Всесоюзных конференциях «Автоматизация научных исследований на основе ЭВМ»

Новосибирск, 1974, 1977, 1979); Ш Всесоюзной конференции по голографии (Ульяновск, 1978); П Всесоюзной конференции по методам аэрофизических исследований (Новосибирск, 1979); Всесоюзной конференции «Формирование изображения и методы его коррекции» (Могилев, 1979), VI Всесоюзной конференции по нерезонансному взаимодействию излучения с веществом (Вильнюс, 1984); Всесоюзной конференции «Применение лазеров в системах передачи и обработки информации» (Ленинград 1984); III Всесоюзной конференции «Применение лазеров в технологии и системах передачи информации» (Таллин, 1987); International Meeting "ОРТСУ92" (Paris, 1992); 5-th International Workshop on Digital Image Processing (Samara, 1994); Workshope on Diffractive optics (Prague, 1995); Конференции стран СНГ и Прибалтики "Голография 96" (С.-Петербург, 1996); EOS Topical Meeting «Diffractive Optics» (Finland, 1997, Germany, 1999, Budapest, 2001); Национальной конференции по применению рентгеновского, синхротронного излучений,. нейтронов и электронов для исследования материалов, «РСНЭ'97» (Москва- Дубна, 1997); XII национальной конференции по использованию синхротронного излучения «СИ-98» (Новосибирск, 1997); Международной конференции «Diffractive Optics and Micro-Optics» (Quebec 2000, Tucson 2002), Seventh International Symposium on "Laser Metrology Applied to Science, Industry, and Everyday Life" (Novosibirsk, 2002).

Публикации. По теме диссертации соискателем лично и в соавторстве опубликованы 92 печатные работы, в том числе получено 19 авторских свидетельств и патентов.

Личный вклад. Диссертация является обобщением исследований по созданию методов и устройств для изготовления дифракционной оптики, выполненных автором в ИАиЭ СО РАН с 1973 г. по настоящее время. Практическая реализация ДОЭ выполнялась автором на лазерной записывающей системе созданной в ИАиЭ СО РАН совместно с сотрудниками лаборатории лазерных технологий. Создание экспортного варианта системы (CLWS-300) осуществлялось совместно с сотрудниками КТИ НП СО РАН. Личный вклад автора заключается в постановке, обосновании и решении задач, приведенных в диссертационной работе, непосредственном участии в изготовлении и испытании ДОЭ, а также в выполнении и организации экспериментов. Макетные образцы лазерных записывающих систем и дифракционные элементы создавались коллективом сотрудников под руководством или при непосредственном участии автора. В разработке двухфокусной оптической системы и ДОЭ с кольцевым импульсным откликом постановка и обоснование задачи выполнена автором, а расчеты и оптимизация схемы - И.Г. Пальчиковой.

Выводы

В Главе представлены результаты разработки и применения ДОЭ в информационно-измерительных системах. Проведен анализ достоинств и недостатков ДОЭ, а также потенциальных областей их применения.

Теоретическое и экспериментальное исследование спектральных свойств ДОЭ с глубиной рельефа до /2=12-25 мкм (порядок дифракции т=10-20) показали возможность создания ДЛ, работающей в «белом» свете.

Предложены и реализованы на практике принципы пространственной юстировки гибридных оптических систем для создания высокоточных дифракционных компенсаторов контроля асферической оптики. Разработаны и созданы ДОЭ и оптико-электронные устройства на их основе для решения следующих задач:

- контроля формы асферических зеркал телескопов диаметром 6,5 и 8,4 м;

- считывания информации с оптических дисков;

- фокусировки лазерного излучения в кольцо и кодирования информации;

- концентрации солнечного излучения в солнечных батареях;

- обеспечения двухфокусности в микроскопах совмещения;

- интерференционного измерения формы асферических поверхностей.

Разработаны, исследованы и экспериментально апробированы новые типы дифракционных элементов - дифракционные фильтры переменного пропускания - для управления мощным лазерным излучением (импульсное излучение 2-4 Дж/см2, 10нс) и ДОЭ для формирования нескольких независимых волновых фронтов с заданным распределением. Разработаны оригинальные лазерные интерферометры с общим ходом лучей для измерения формы сферических и асферических поверхностей в условиях вибраций.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные полученные результаты исследований приведены ниже:

1. Разработана, исследована и реализована на практике оптическая система прецизионного ЛЗУ с круговым сканированием, включающая оригинальные технические решения для:

- управления мощностью и подавления шумов лазерного излучения;

- многоканальной модуляции записывающего лазерного излучения;

- автоматической фокусировки излучения;

- компенсации погрешностей узлов точной механики, позволяющая, осуществлять прямую запись дифракционных микроструктур с пространственным разрешением до 2000 мм"1, полем записи до 300 мм и точностью до 50 нм.

2. Предложен, исследован и введен в практику эксперимента лазерный термохимический метод записи дифракционных микроструктур (ширина линии до 0,3-0,5 мкм) в тонких пленках хрома сканирующим сфокусированным пучком излучения непрерывного лазера. Впервые экспериментально установлено, что скорость травления экспонированных пленок хрома в селективном травителе меньше, чем у неэкспонированных по всей толщине пленки, а изменение оптических свойств экспонированной пленки предложено использовать для контроля процесса записи.

3- Предложен, разработан и исследован фоторастровый метод получения трехмерного микрорельефа произвольной формы с помощью единственного фотошаблона с бинарным амплитудным пропусканием. Анализ зависимости дифракционной эффективности изготавливаемых ДОЭ от типа бинаризации, полосы пропускания, аберраций проекционной системы и погрешностей изготовления фотошаблона показал, что предложенный метод превосходит известный многоуровневый метод при размере зон менее 50 мкм. Экспериментально показана возможность изготовление ДОЭ с дифракционной эффективностью свыше 80-90% при размере зон от 4-8 мкм.

4. Предложен и исследован метод растровой рентгенолитографии для формирования глубокого микрорельефа ■ на поверхностях произвольной формы, основанный на применении растрированного рентгеновского шаблона и синхротронного излучения. С использованием синхротронного излучения получены дифракционные линзы с глубиной пилообразного рельефа до 20-25 мкм и экспериментально продемонстрированы их ахроматические свойства в видимом диапазоне длин волн.

5. Исследованы источники погрешностей при изготовлении ДОЭ в полярной системе координат (сдвиг начала координат и его дрейф в процессе записи, погрешность траектории вращения, погрешность, вносимая автоматической фокусировкой) и проанализировано их влияние на характеристики волновых фронтов ДОЭ. Предложены и исследованы новые методы и устройства для анализа волновых фронтов изготавливаемых ДОЭ и визуализации трехмерных световых полей с помощью эффекта фотолюминесценции прозрачных щелочно-галоидных кристаллов. На основе полученных результатов разработаны и исследованы методы активной минимизации и компенсации погрешностей записи, позволившие изготавливать ДОЭ с числовой апертурой свыше 0,5, диаметром свыше 200 мм и погрешностями волнового фронта менее 1/20 длины волны.

6. Разработаны, исследованы и экспериментально апробированы новые типы дифракционных элементов - дифракционные фильтры переменного пропускания - для управления мощным лазерным излучением (импульсное у излучение 2-4 Дж/см , 10нс) и ДОЭ для формирования нескольких независимых волновых фронтов с заданным распределением. Разработаны оригинальные лазерные интерферометры с общим ходом лучей для измерения формы сферических и асферических поверхностей в условиях вибраций.

7. Предложены, исследованы и реализованы на практике принципы пространственной юстировки гибридных оптических систем (с рефракционными и дифракционными компонентами) для создания высокоточных дифракционных компенсаторов контроля асферической оптики.

8. На основе разработанных методов и средств изготовления микроструктур впервые разработаны и созданы ДОЭ и оптико-электронные устройства на их основе для решения следующих задач:

- контроля формы асферических зеркал телескопов диаметром 6,5 и 8,4 м;

- считывания информации с оптических дисков;

- фокусировки лазерного излучения в кольцо и кодирования информации;

- концентрации солнечного излучения в солнечных батареях;

- обеспечения двухфокусности в микроскопах совмещения;

- интерференционного измерения формы асферических поверхностей.

Совокупность научных результатов, полученных в диссертации, закладывает научные основы создания нового поколения оптических элементов - прецизионных ДОЭ с бинарным и кусочно-непреывным рельефом поверхности и их практического применения для решения широкого круга задач информационно-измерительной техники.

1. Методы компьютерной оптики.// Под. ред. В.А.Сойфера. М.:Физматлит, 2000,-688с.

2. Turunen J., Wyrowski F. Diffractive Optics/ WILEY- VCH VERLAG GMBH, Germany, 1997, 426P.

3. Glaser Т., Schroter S., Bartelt H., Pohlmann R., Fuchs H., High efficiency binary phase-transmission-grating// EOS Topical Meeting Digest Series// Diffractive Optics. 1997.- V.12.- P.32.

4. Faklis D., Morris M. Spectral properties of multiorder diffractive lenses// Appl.Opt. 1995,- 34. P.2462.

5. Слюсарев Г.Г. Расчет оптических систем// Л.: Машиностроение. 1975.

6. R.Grange, «Aberration reduced holographic spherical gratings for Rowland circle spectrographs», Appl. Opt., 1992, v. 31, No. 19, pp. 3744-3749.

7. Jordan J.A., Hirsch P.M., Lesem L.B. Kinoform lenses//Appl.Opt., 1970, v.23, No.5, p.1883-1886.

8. Ландзберг Г.С. Оптика//Наука, М.,1976.

9. Nichida N. Bleached phase hologram containing nonsilver metal compound//Apl. Opt. 1974,v.13, Nol2,p.2769.

10. Yatagagai T. Effect of phase nonlinearity in kinoform.//Optik, 1975,N0,4,p.337.

11. Коронкевич В.П., Полещук А.Г., Чурин Е.Г., Юрлов Ю.И. Лазерная термохимическая технология синтеза дифракционных оптических элементов в пленках хрома//Квантовая электроника. 1985. N 4. С. 755

12. A.G. Poleshchuk, E.G. Churin, Yu.I.Yurlov, B.Mednikarov. Application of an Evaporated Photoresist (As S ) in the Production of Kinoform Optical Elements. Journ of Imaging Soience, 1986, v.30, № 3, p.132-135.

13. А.Г. Полещук, Б.Медникаров, Е.Г.Чурин Применение пленок AsS для изготовления рельефно-фазовых дифракционных элементов. Автометрия, 1993, N 1, с. 87-93.

14. Гочияев В.З., Корольков В.П., Соколов А.П., Чернухин В.П. Полутоновая оптическая запись на пленках a-Si/ЛСвантовая электроника. 1989. N 11. С/ 2343

15. Korolkov V.P., Malyshev A.I., Nikitin V. G., Poleshchuk A. G., Kharissov A. A., Cherkashin V. V., Wu C. Application of gray-scale LDW-glass masks for fabrication of high-efficiency DOEs // Proc. SPIE, 1999, v. 3633. P. 129138.

16. Левин В.Я., Пен Е.Ф., Солдатенков И.С. Соскин С.И. Изготовление и исследование фазовых масок для устройств хранения и обработки информации//ОМП 1978, №3, с. 43.

17. Moreau W.M. Simiconductor Lithography. Principles, Practices and Materials. Plenum Press, NY and London. 1989.

18. Герасимов Ф.М. Изготовление и исследование дифракционных решеток/ЮНТИ ГОИ, Л., 1967.

19. Спектр Б.И. Об одном методе синтеза фазовой структуры киноформов. -Автометрия, 1985, N6, С. 34.

20. Gale М.Т., Rossi М., Kuns R., Bona G.L. Fabrication of continuous relief micro- optical elements by direct laser writing in photoresist// Opt. Eng.-1994. 33, p. 3556-3566.

21. Turunen J., Vasara A., Friberg A., Holographic generation of diffractive-free beams," Apll. Optics 27, pp.3959-3963 (1988).

22. Neugebauer G., Hauck R., Bryngdahl O., "Computer-generated holograms: carrier of polar geometry," Appl. Optics 24, pp. 777-784 (1985.

23. Morris G.M., Faklis D. Achromatic and apochromatic diffractive singlets,//Diffractive Optics: Design, Fabrication and Application. Conference, Rochester, N.Y. JMC4-1/53, 1994 p.53.

24. Burge J.H. Application of computer-generated hologram for interferometric measurement of large aspheric optics//Proc. of SPIE, 1995.- v. 2576.- pp.258269.

25. Hamaker W. H., Burns G. and Buch P., "Optimizing the use of multipassprinting to minimize printing errors in advanced laser reticle-writing systems," 15th Annual BACUS Symposiom on Photomask Technology and Management, SPIE 2621, pp 319-328 (1995).

26. Лукин А.В., Мустафин K.C. голографические методы контроля асферических поверхностей//ОМП, 1979, №4, с.53-59.

27. Schwider J., Burov R. "Testing of aspherics by means of rotational-symmetric synthetic holograms," Optica Applicata, VI, 3, pp.83-88 (1976).

28. Riso National Laboratory, http://www.risoe.dk/phone Frederiksborgvej 399,1. P.O. 49, DK-4000 Roskilde

29. Коронкевич В.П., Полещук А.Г. Устройство для записи синтезированныхоптических элементов на подвижном носителе. // Ш Всесоюзная конференция по голографии (Ульяновск. 1978): Тезисы докладов

30. В.П.Кирьянов, В.П.Коронкевич, В.И.Наливайко, А.Г. Полещук Киноформы. Оптическая система для синтеза элементов //Препринт № 99. ИАиЭ СО АН СССР, Новосибирск , 1979.

31. Ведерников В.М., Вьюхин В.П., Кирьянов В.П., Коронкевич В.П., Кокоулин Ф.И, Полещук А.Г., Лохматов А.И., Прецизионныйфотопостроитель для синтеза оптических элементов. // Автометрия, 1981, № 3, с.3-17.

32. Кирьянов В.П., Коронкевич В.П., Кокоулин Ф.И, Полещук А.Г., Пальчикова И.Г., Седухин А.Г., Щербаченко A.M., Юрлов Ю.И., Чурин Е.Г. Fabrication of kino form optical elements.// Optik, 1984, v. 67, N3, p.257-267.

33. Коронкевич. В.П. , Ленкова Г. А. Михальцова И. А., Полещук А.Г.,Пальчикова И.Г., Седухин А.Г., Чурин Е.Г., Юрлов Ю.И. Киноформные оптические элементы методы расчета, технология изготовления, практическое применение. // Автометрия, 35, № 1, с. 4 -25.

34. В.П.Корольков, В.П.Коронкевич, И.А.Михальцова, А.Г. Полещук, И.Г. Пальчикова, А.Г.Седухин и др. Киноформы: технология, новые компоненты и оптические системы. Часть I. Автометрия, 1989, № 3. с.91-98.

35. Ведерников В.М., Кирьянов В.П, .Корольков В.П, Полещук А.Г., Лазерная технология изготовления круговых шкал и кодовых дисков.// Препринт № 319.- ИАиЭ СО АН СССР, Новосибирск, 1985.

36. Korolkov V.P., .Koronkevitch V.P., Poleshchuk A. G., Churin E.G. Kinoforms: Technologies, newelements, and optical systems. // Препринт № 421,-ИАиЭ CO АН СССР, Новосибирск. 1989.

37. Корольков В.П., Коронкевич В.П., Полещук А.Г., Михальцова И.А, Пальчикова И.Г. Седухин А.Г. Киноформы: технология, новые компоненты и оптические системы. Часть II. // Автометрия, 1989, № 4, с.49-66.

38. Haruna М. Et. Al. Laser beam lithographed micro-Fresnel lenses//Appl.Opt. 1990, 29. P.5120,-5125.

39. Goltsos W., Liu S. Polar co-ordinate laser writer for binary optics fabrication//Proc. SPIE. 1990, 1211. P.137.

40. Nomura Т., Kamiya К. Et. al., An instrument for manufacturing zone-plates by using a lathe//Precision Engineering. 1994. 16. P. 290,.

41. Ogata S., Tada M., Yoneda M. Electron-deam writing system and its application to large and high-density diffractive optic elements//Appl.Opt. 1994. 33. P. 2032.

42. Bowen J.P., Michaels R.L., Blough C.G. Generation of large-diameter diffractive elements with laser pattern generation//Appl. Opt. 1997. 36. P.8970,

43. Koronkevich V.P., Kiryanov V.P., Korolkov V.P., Poleshchuk A. G., Cherkashin V.A. Harisov A.A. Fabrication of diffractive optical elements by laser writing with circular scanning. // Proc. of SPIE, 1995, v.2363, p.290-297.

44. Коронкевич В.П., Корольков В.П., Полещук А.Г. Лазерные технологии в дифракционной оптике// Автометрия, 1998, N 6, с.38-46.

45. Burge J. Н., Measurement of large convex aspheres//Proc.SPIE 2871, p. 362373 (1996).

46. Yatagai Т., Camacho-Basilio J.G., Onda H. Recording of computer generatedholograms on an optical disk master// Appl. Opt., 1989, v. 28, No. 6, pp. 10421044.

47. Кокоулин Ф.И., Полещук А.Г. Исполнительные элементы автоматической фокусировки. Оптико-механическая промышленность. 1979,№8, с.21-24.

48. Poleshchuk A.G., Churin E.G., Koronkevich V.P., V.P. Korolkov, etc. Polar coordinate laser pattern generator for fabrication of diffractive optical elements with arbitrary structure// Appl. Opt., 38, pp.1295-1301 (1999).

49. Полещук А.Г. Устройство для модуляции светового потока. // Авт.свид. № 10838019, 1983, G02fl/11.

50. Корольков В.П., Полещук А.Г. Устройство модуляции светового потока. //Авт. свид. №1034506, 1983, G02fl/01.

51. Химич А.К. Полещук А.Г. Устройство для линейного управления и стабилизации мощности излучения лазера акусто оптическим модулятором. // Оптико-механическая промышленность, 1980, № 9, с. 36-40,

52. Корольков В.П., Полещук А.Г. Управление оптическим излучением в прецизионных лазерных фотопостроителях//Автометрия, 1985, №6, с.51-61.

53. ПатентЫ 0077641 (Европ. пат.). Форматирование оптических сред. МКИ1. G11B7/00

54. Полещук А.Г. Устройство для многоканальной оптической записи информации. Патент России № 2017236, G11В7/00, 1994.

55. Кругляк З.Б., Полещук А.Г., Малышев А.И., Чурин Е.Г. Об одном методе изготовления оригиналов оптических дисков. // Всес. конф. Проектирование внешних ОЗУ на подвижных носителях» Тез.докл., Пенза, 1988.

56. Детектор и устройство регулировки фокуса. Патент Франции №22664011. G11B7/08

57. Патент США № 3768910 G01 В 11/22 Способ определеня положения поверхности по модуляции фокусировки.

58. Полещук А.Г. Оптическое устройство для записи и воспроизведения с подвижного носителя.// Авт.свид. № 618001, ОИПОТЗ, 1978, № 28.

59. Полещук А.Г. , Арбузов В.А. Устройство для измерения смещения контро-лируемой поверхности.// Авт.свид. № 629444, ОИПОТЗ, 1978, № 39

60. Полещук А.Г., Химич А.К. Автоматическое позиционирование считывающего луча в оптических запоминающих устройствах.// Автометрия, 1978, №2, с. 139-143.

61. Полещук А.Г. Устройство для автоматической фокусировки светового излучения. // Авт.свид. № 769319 , ОИПОТЗ, 1980, № 37.

62. Полещук А.Г., Система автоматической фокусировки лазерного фотопостроителя. // Киноформные оптические элементы. Сб. трудов, Новосибирск, ИАиЭ СО АН СССР. 1981

63. Полещук А.Г. Система автоматической фокусировки лазерного фотопостроителя.//Авт.свид. № 1605833, 1990, G03B3/00,

64. Полещук А.Г. Патент системы АФ последней

65. Guhr J. Test results of the circular laser writing system CLWS-300/c//EOS Topical Meeting Series, Diffractive Optics. 1997. 12. P. 206.

66. Perlo P., Rippeto M., Senezi S., Uspleniev G. Using circular laser writing system for fabrication of masks of diffractive optical elements on the base of DLW GLASS plates, Computer Optics (Samara states university, Samara, Russia) 1997. 17. P.85.

67. Allen L., Angel J.R., Mongus J. etc. The Hubble Space Telescope optical system failure report// NASA report (NASA, Washingtone, D.C., November 1990).

68. Дж.Гудмен. Введение в фурье оптику// М.,Мир, 1970

69. Poleshchuk A.G. Diffractive light attenuators with variable transmission// JOURNAL OF MODERN OPTICS, 1998, Vol.45, No.7, pp.1513-1522.

70. Chang Yu-C. and Burge J. Error analysis for CGH optical testing// Proc. SPIE 3782,358-366(1999).

71. Полещук А-Г., Малышев А.И., Харисов А. А., Черкашин В.В.

72. Дифракционные фильтры для управления излучением мощных лазеров // Автометрия, 1998, N 6, с.38-46.

73. Полещук А.Г., Малышев А.И., Харисов А.А., Черкашин В.В. Управлениемощным лазерным излучением дифракционными элементами нулевого порядка дифракции.// Компьютерная оптика, Самара, 1998, Т. 18, стр. 34-42.

74. Полещук А.Г. Дифракционные фильтры с переменным пропусканием. // Автометрия. 1997. № 5. 22-30,

75. Poleshchuk A.G. Diffractive light attenuators with variable density // EOS Topical Meeting "Diffractive Opitics" (Digest Series, 1997, v. 12, Finland, Savonlina), p. 112-113.

76. Коронкевич В.П, Корольков В.П., Полещук А.Г., Харисов А.А., Черкашин В.В. Синтез дифракционных оптических элементов в полярной системе координат анализ погрешностей изготовления и их измерение. // Автометрия, 1997, № 6, с.42-56.

77. Коронкевич В.П, Корольков В.П., Полещук А.Г., Харисов А.А., Черкашин

78. В.В. Точность изготовления дифракционных оптических элементов лазерными записывающими системами с круговым сканированием.// Компьютерная оптика, Самара, 1997, выпуск 17, стр. 63-74.

79. Poleshchuk A. G., Cherkashin V.V., Kharisov A.A., Korolkov V.P., Koronkevich V.P. Accuracy potential of circular laser writing of DOEs.// Proc. of SPIE, 1998, Vol. 3348, p.58-68.

80. Полещук А.Г., Корольков В.П., Черкашин B.B., Райхельт С., Бёдж Дж. Методы минимизации ошибок прямой лазерной записи дифракционных оптических элементов. // Автометрия №3, 2002.

81. Milster Т. D., Vernold С. L. Technique for aligning optical and mechanical axes on a rotating linear grating// Optical Engineering, 34, No. 10, pp.28402845 (1995).

82. Burge J. H., Korol'kov V.P., Poleshchuk A. G., Cherkashin V.V. Polar coordinate laser writing system: error analysis of fabricated DOEs".// Proceedings SPIE Vol. 4440, 2001, P. 84-90,

83. Кирьянов В.П., Полещук А.Г. Устройство для оптической записи// Авт. Свид. №884449 МКИ G11В 7/00

84. Poleshchuk A. G., Korolkov V.P., Cherkashin V.V., Burge J. Methods for certification of CGH fabrication. // Trends in Optics and Photonics (TOPS). 2002. Vol. 75 (OSA Topical Meeting "DOMO-02", June 3-6, 2002, Tucson, USA).

85. Васильев Л.А. Теневые методы// М., Наука, 1968.

86. Арбузов В.А, Полещук А.Г., Федоров В.А. Фотоэлектрический теневой прибор.//Авт.свид. № 510684, 1975, G01n21/46.

87. Арбузов В.А. Полещук А.Г. Устройство для визуализации оптических неоднородностей.//Авт.свид. № 522482, ОИПОТЗ, 1976, №27.

88. Arbuzov V.A., Poleshchuk A. G., Fedorov V.P. Optical simulation of Hilbert -image of a phase obgect.// Optical and Quantum Electronics, 1977, v.8, № 2, p.455.

89. Полещук А.Г. Теневой прибор для автоматизированной системы изготовления киноформных оптических элементов.// Всесоюзн. конференция «Автоматизация научных исследований на основе ЭВМ» (г.Новосибирск, ИАиЭ СО АН СССР, 1977): Сборник трудов.

90. Полещук А.Г. Визуализация формы волнового фронта теневым прибором с вычитанием. // Автометрия, 1977, № 5, с. 83-93.

91. Полещук А.Г. Теневой прибор с фотоэлектрической регистрацией. // Авт. свид. № 602012, ОИПОТЗ, 1978, № 13.

92. Арбузов В.А, Полещук А.Г., Федо ров В.А. Лазерная цветовая диагностика оптических сред. // Всесоюзн. конференция «Автоматизация научных исследований на основе ЭВМ» (г.Новосибирск, ИАиЭ СО АН СССР, 1974): Тезисы докладов, с. 4-8.

93. Арбузов В.А, Полещук А.Г., Федоров В.А. Цветной теневой прибор.// Авт.свид. № 509130, 1975, G11N21/

94. Арбузов В.А, Полещук А.Г., Федоров В.А. Интерференционно-теневой прибор.// Авт.свид. N 505943, ОИПОТЗ, 1979. N 9.

95. Арбузов В.А, Полещук А.Г., Федоров В.А Интерференционно-теневаявизуализация оптических неоднородностей. // Автометрия, 1975, N 5, с. 10-16.

96. Вейко В.П., Либенсон М.Н. Лазерная обработка//Л. Лениздат, 1973/

97. Коронкевич В.П., Полещук А.Г., Чурин Е.Г., Юрлов Ю.И. Селективноетравление экспонированных лазером тонких пленок хрома// Письма в ЖТФ, 1985, т.11, № 3, с.144-148.

98. Vieko V. P., Kotov G. A., Libenson M. N, and Nikitin M. N. Thermochemical action of laser radiation// Sov. Phys. Doklady 18 (1), 83-85 (1973).

99. Либенсон M.H. Нагрев и разрушение тонких пленок излучением ОКГ//

100. Физика и химия обработки материалов. 1971, №4, с. 3-11.

101. Технология тонких пленок// Под ред. Л. Мейселя, М. Сов. Радио, 1977.

102. U.C. Paek, A. Kestenbaum. Termical analysis of thin film mickromachiningwith laser// J. Appl. Phys., 1973, vol. 44 p. 2260-2268.

103. Вейко В.П., Тучина E.A., Яковлев Е.Б. О разрешающей способностилазерной литографии на тонких металлических пленках//Квантовая электроника, 1984, том. 11, №4. с. 661-665

104. Данков Н.Д. Андрющенко К.К. Скорость первичной стадии окисленияалюминия при низких давлениях и комнатной температуре//Докл. АН СССР. 1948, т.62, №3, с.353-356.

105. Точицкий Э.И. Кристаллизация и термообработка тонких пленок//Минск: Наука и техника, 1976.

106. Коронкевич В.П. и др. Изготовление киноформных оптических элементов в халькогенидных тонких пленках.- Автометрия, 1976, N 5, р.3-9.

107. Konstantionov I.T, Mednikarov B.D., Sahatchieva М.А. Patent USA # 4499173, 1985.

108. Готра З.Ю. Технология микроэлектронных устрйств. (М. Радио и Связь,1991).

109. Swanson G.J., Veldkamp W.B. Diffractive optical elements for use in infrared system//Opt. Eng.- 1989.-28, N.6.-P.605.

110. Poleshchuk A.G. Fabrication of Phase Structures with Continuous and Multilevel Profiles for Diffractive Optics//- Proc. of SPIE 1991,1574. c. 89-100,

111. Полещук А.Г. Изготовление высокоэффективных элементов дифракционной оптики с помощью полутоновой и фоторастровой технологий//Автометрия -1991.- № 3, с.66-76.

112. Полещук А.Г. Методы формирования профиля поверхности дифракционных оптических элементов. Компьютерная оптика. -М., МЦНТИ, 1996, вып. 16, с.54-61.

113. Poleshchuk A.G. Techniques for formation of the surface profile of diffractive optical elements//OPTICS AND LASERS IN ENGINEERING, 1998, Vol.29, No.4-5, pp.289-306.

114. Полещук А.Г. Фоторастровый метод синтеза киноформов для лазернойтехники. // V Всес.конф. «Оптика лазеров». Тез. докл., Ленинград, 1987, с.270,

115. Poleshchuk A.G. Fabrication of high efficient elements for diffractive andintegrated optics by photorastered technology . // 5-th National Conference on Optics and laser engeneering . Proc. of conf., Varna, Bulgaria, 1989. c.123-125.

116. Poleshchuk A.G. Methods for diffractive optical elements surface profile fabrication// Technical Digest. (Optical Society of America, Washington, D.C., 1992). v.9, p. 117.

117. Hosfeld J., Asfour J.M., Tschudi Т., .Koronkvich V.P. Poleshchuk A. G.,

118. Fabrication of continuous kinoform optical elements using a single binary mask.// International Meeting "OPTO^" (Proc. of meeting ОРТСГ92, Paris, 1992).

119. Полещук А.Г. Изготовление рельефно-фазовых структур с непрерывными многоуровневым профилем для дифракционной оптики.// Автометрия, 1992, № 1, с.66-79.

120. Красноперова А., Макаров O.A., Полещук А.Г., Франко Серина, Женг Чен, Черкашин В.В. Новый метод синтеза голограмм с глубоким фазовым профилем.// Конф. стран СНГ и Прибалтики "Голография 96" Тез. докл., С.-Петербург, апрель 1996, с. 24.

121. Poleshchuk A.G., Cherkashin V., Koronkevich V., Makarov О. etc. A new application for X- ray lithography: fabrication of blazed diffractive elements with a deep phase profile//Proc. of SPIE, 1996, v. 2723, p. 261267.

122. Bryndahl О. Formation of Blazed Grating// J. Opt. Soc. Am. 1970,- 60,p.140-145.

123. Гудмен Дж. Введение в фурье оптику// М.,Мир, 1970,

124. Wyrowski F., Bryngdahl О. Interative Fourier-transform algorithm appliedto computer holography//J.Opt.Soc.Am., A, 1988, vol.5, N 7,p. 1058-1065.

125. Bastians M.J. A generalized sampling theorem with application to computer -generated transparencies//!.Opt.Soc. Am.-1978.-68,.-P.1658.

126. Born M. Principles of Optics. Pergamon Press, N.Y. 1964.

127. Floyd P.W., Steinberg L. An adaptive algorithm foT spatial // Proc. SID, 1976,vol. 17,p. 78-84.

128. Auria L., Huignard L.P., Roy A.M., Spitz E. Photolithographic fabrication of thin film lenses//Opt.Comm.-1972.-5, N 4.-P.232.

129. Спектр Б.И. Об одном методе синтеза фазовой структуры киноформов.

130. Автометрия, 1985, N6, С. 34.

131. Пальчикова И.Г., Рябчун А.Г. О влиянии погрешностей изготовления киноформов на функцию зрачка//Автометрия.-1985.-Ы6, 6.-Р.38.

132. Бобров С.Т., Туркевич Ю.Г. Объектив с дифракционным корректором для лазерного проигрывателя//Компьютерная оптика.-1990,-N 7.-С.26

133. М.А. Ган. Моделирование на ЭВМ голографической коррекции аберраций оптических систем/Юптика и спектроскопия.-1976.-41, №4.

134. Bryngdahl О. Shiring interferometry with constant radial displacement/ JOSA, 1971, v.61, N2, p. 169-202.

135. Коронкевич. В.П., Полещук А.Г., Пальчикова И.Г., Юрлов Ю.И. Киноформные оптические элементы с кольцевым импульсным откликом. Новосибирск, 1985. (Препр. /ИАиЭ СО АН СССР; 265).

136. Полещук А.Г. Голографические фильтры с переменным пропусканием. Конференция "Голография -96". Россия , Санкт-Петербург, 1-5 апреля, 1996, стр. 21.

137. Полещук А.Г. Светофильтр оптического излучения переменной плотности// Патент РФ №213 7163, 1999.

138. Poleshchuk A. G., Burge J.H., Churin E.G. Design and application of CGHs for simultaneous generation several specified wavefronts II EOS Topical Meeting Digest Series "Diffractive Optics", Jena, Germany, August 23-25, 1999. 22. P. 155-156.

139. Spector В., Shamir J. Split-phase diffractive optical elements: design andfabrication/EOS Topical Meeting on Diffractive Optics, Jena, Germany, 1999. EOS Digest Series: 1999, Vol. 22, p.93.

140. Белоглазов А. А., Орнис A. H. Коллимационные и автоколлимационные устройства для контроля центрирования линз/ОМП, 1972, № 10, с. 5762.

141. Полещук А.Г. Совмещение дифракционных и рефракционных компонентов в оптических системах // Автометрия, 1985. № 6. С.27-31.

142. Burge J., Poleshchuk A. Optical test alignment using computer-generated holograms // SPIE International Technical Group Newsletter 2002. Vol. 13, No. 2, P.3.

143. Чурин Е.Г., Полещук А.Г., Корольков В.П. Гибридная рефракционно -дифракционная нулевая система для интерферометрического контролясветосильных асферических поверхностей. // Компьютерная оптика. Москва Самара, 2000, М.: МЦНТИ, 2000, Вып. 20, С. 76-79.

144. Полещук А.Г. Разработка и исследование устройств для изготовления и контроля киноформых оптических элементов/ Диссертация, 1980, 174С.

145. Полещук А.Г., Пальчикова И.Г., Нагорный В.П. Двухфокусная оптическая система // А.с. 1312508 СССР Опубл. 23.05.87. БИ№ 19.

146. Коронкевич В.П., Полещук А.Г., Пальчикова И.Г. Бифокальный микроскоп с киноформными оптическими элементами // Автометрия, 1987. №6. С. 15-22

147. Koronkevitch V.P., Nagorni V.N., Poleshchuk A. G., Palchikova I.G. Bifocus microscope. // Optik, 1988. 78, № 2. P.64-66.

148. Коронкевич В.П., Полещук А.Г., Пальчикова И.Г. Считывание информации с компакт дисков лазерной головкой с дифракционной оптикой/Квантовая электроника, 1988, т.15, № 10, с. 2128-2134.

149. Osamu W. Resent progress in optoelectronic integrated circuits//IEEE Quantum Electron. 1988, No. 10,

150. Аннаев К., Беркглиев А., Назаров H. Исследование преобразователей при прямом и концентрированном излучении // Известия АН ТССР. Сер.Физ.-техн. хим. и геолог, н. 1989, N 1, с. 18-20

151. Полещук А.Г., Харисов А.А. Особенности применения киноформных линз в концентраторах света солнечных батарей. // Автометрия, 1994, № 3. С. 106-109.

152. Аксененко М.Д., Бараночников M.JL. Приемники оптического излучения // Москва. "Радио и связь" 1987

153. Лукин А.В., Мустафин К.С. Голографические методы контроля асферических поверхностей//ОМП, 1979, №4, с. 53-59.

154. Allen L., Angel J.R., Mongus J. etc. The Hubble Space Telescope opticalsystem failure report. NASA report (NASA, Washingtone, D.C., November 1990).

155. Ларионов Н.П., Лукин А.В. Рафиков Р.А. Имитатор главного зеркала телескопа на основе синтезированной голограммы//ОМП, 1980, №1,с.39-40,

156. Малакара Д. Оптический производственный контроль/ М., Машиностроение, 1985. 399С.

157. Burge J. Н., et al., "Null test optics for the MMT and Magellan 6.5-m //1.25 primary mirrors," Proc. SPIE 2199, 658-669 (1994).

158. Burge J. H., Dettmann L. R., West S. C. Null correctors for 6.5-m //1.25 paraboloidal mirrors. Fabrication and Testing of Aspheres , OSA Trends in Optics and Photonics Vol. 24, (Optical Society of America, Washington, DC 1999) pp. 182-186.

159. Полещук А.Г. Интерферометр для измерения формы поверхности оптических изделий // Патент 2186336 РФ. Опубл. 27.07.02. БИ №21.

160. Poleshchuk A. G., Churin Е. G, Matochkin A. Common pass interferometer with off-axis computer generated hologram // EOS Topical Meeting Digest series, Budapest, Hungary, 9-11 October 2001. 30, P. 60-61.