Обобщенные зонные пластинки: расчет, экспериментальное исследование и некоторые применения тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.05 ВАК РФ

р. О * ° :

АКАДЕМИЯ НАУК СССР ОРДЕНА ЛЕНИНА СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ

ИНСТИТУТ АВТОМАТИКИ И ЭШТРОМЕТНИГ

На правах рукописи

ПАЛШКОВА Ирина Георгиевна

УДК 621.315.592:772.99

ОБОБЩЕННЫЕ ЗОННЫЕ ШШЛИНКИ: РАСЧЕТ, ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ И НЕКОТОРЫЕ ПМШЕНШ

01.04.05 - Оптика

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новосибирск 1990

Работа выполнена в Институте автоматики и электрометрии СО АН СССР.

Научный руководитель: кандидат технических наук

В.П. КОНЖЕЕИЧ

Официальные оппоненты: член-корреспондент АН СССР

Л.Д. ЕАХРАХ

доктор технических наук И.С. ШЕИН

Ведущая организация: Государственный оптический институт

им. С.И. Вавилова

Бацпта состоится " ^" ^-сгЪгА. 1990 г. в SO час, на заседак-ш Специализированного совета К 003.06.01 в Институте автоштшш и электрометрии СО АН СССР, по адресу: 6Э0090 Новосибирск, Университетский пр., I.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института автоматики и электрометрии СО АН СССР.

Автореферат разослан " ^ " ¿¿///¿¿¿^¿¿i^ 1990 г.

Ученый секретарь Совета к.ф.-м.н.

к-г-фолин

:щг а!

ШГ Ш* ,'

тде,т

1ссертаций -1.

ОЕЦАЯ 1АРШЕИ1СТИКА РАБОТЫ

дуальность теш;. Основу элементной базы традиционной

оптшш составляют приемы, лпнза, зеркала, дифракционные решетки и их комбинации. Технология их изготовления достигла предельных возможностей и дальнейшее улучшение оптического качества требует непропорционально больших затрат. Вместе с тем потребности современного оптического приборостроения, связанные с использованием лазеров в системах записи,хранения,обработки и отображения информации не могут быть удовлетворены чисто классическими элементами. С появлением лазерных проигрывателей, принтеров, кассовых аппаратов, фотоплоттеров и фотоэлектронных камер требования к оптическим элементам существенно изменились. Необходимы лёгкие, состояние из немногих компонентов, не нуядащиеся в юстировка и дешевые элемента, причем их оптические качества должка соответствовать значениям, достигнутым в классической оптике. Современные оптические элементы должны осуществлять волновые и геометрические преобразования изобракений, вводить перекрёстные связи и менять форму каустики в соответствии с требованиям, предъявляемыми к оптическому устройству. Решение подобных задач сдергивается ограниченными функциональными позмогнсстя.а традиционных элементов и технологией их изготовления.

Например, при создании мезооптического Фурье-микроскопа для контроля ядерной фотоэмульсии необходимо фокусировать излучение в кольцо. Для фокусировки такого типа применяет зеркало со специальной формой поверхности, однако,изготовление даже единичных образцов является трудно разрешимой проблемой. Другими близкими примерами является оптические системы с увеличенной глубиной фокальной области. При конструирования таких систем необходимы элементы следующих двух типов: во-первых, элементы, изобрайащие осевуп точку в наде отрезка прямой, расположенного вдоль оптической оси, и не осуществлящие проективных преобразований. Такой тип фокусировки реализуется обычно с помощью дорогостоящих аксикоков, называется аксикок-нкгл и используется дая получения оптического разряда в газе

для создания опорной световой линии в метрологии, для бесконтактных измерений перемещений отражающей поверхности, в оптических дисковых системах звукозаписи ивос произведения. Во-вторых, элементы, удлиняющие каустику без изменения проективных свойств оптической системы, что необходимо в микроскопах совмещения установок рентген олитографш с использованием синхротронного излучения, устройствах ввода-вывода информации из ЭШ, в лазерных технологических установках. Как правило, эти устройства функционируют в пределах естественной глубины каустики оптической системы, что резко ограничивает их возможности.

•'. Традиционные оптические элементы не позволяют эффективно управлять каустикой и создание новой элементной базы оптики вызвано необходимостью развития самых различных областей науки и техника. Яоте возможности предоставляют дифракционные оптические элементы с киноформным фазовш профилем и лазерная технология для их производства, которая не связана с механической обработкой стекла и основана на применении групповых методов, аналогичных производству, микросхем и компакт-дисков.

Б этой связи создание и совершенствование методик расчёта и оптимизация характеристик дифракционных элементов,позволяющих видоизменять каустику, как с учетом требований и особенностей оптических систем, в которых они используются, так и с учётом особенностей оборудования, на котором они изготавливаются, а так . se развитие принципов построения новых оптических систем, включающих эти элементы, делают данную работу актуальной.

Работа проводилась в Институте автоматики и электрометрии СО АН СССР согласно плану комплексных научно-исследовательских работ по темам "Разработка и исследование новых функциональных систем и элементов когерентной и нелинейной оптики" гос.per. й 81083902, гос.per. H 80039444; "Разработка фундаментальных проблем создания и совершенствования элементной базы квантовой электроники и перспективной оптики " гос.рег. Я ОГ.86.0058729.

Целью настоящей работы является исследование способов управления каустикой с помощью осесимметричных зонных пластинок с кинсформным фазовым профилем, разработка и создание на базе проведённых исследований новых зонных пластинок.которые обладают увеличенной глубиной каустики или фокусируют излучение в кольцо.

Для осуществления этой цели предусматривается решение следующих задач:

- анализ каустики фазовых зонных пластинок и способов ее преобразования;

- разработка и исследование двухфокусной оптической системы с фазовыми зонными пластинками и микроскопа на ее основе ;

- разработка методов расчета зонных пластинок с увеличенной глубиной фокуса;

- разработка зонных пластинок о кольцевым импульсным откликом и исследование возможности их использования в мезо-оптических Фурье-микроскопах;

- анализ влияния погрешностей, изготовления зонных пластинок с киноформныи фазовым профилем на качество изображения.

Методы исследования. Основными методами решения поставленных задач служили методы геометрической оптики и скалярной теории дифракции, применение аппарата современной прикладной математики, математическое моделирование с использованием ЭЩ, физический эксперимент в лабораторных условиях.

Научная новизна работы заключается в следугацем:

- теоретически исследованы закономерности светового поля в окрестности главного фокуса фазовых зонных пластинок, выходной зрачок которых содержит менее 10 киноформных зон;

- предложен ряд двухфокусных оптических систем, состоящих из объективов и специальных зонтах пластинок, использование которых в микроскопах совмещения установок рентгенолитографии решает задачу одновременного, наблюдения шаблона и подложки;

- разработан метод расчета киноформных аксиконов,обеспечивающих наперед заданное распределение интенсивности вдоль оптической оси;

- показано, что фокусировку светового излучения в кольцо

целесообразно осуществлять с псмодьв модулированных зонных пластинок. Найдены дифракционные структуры элементов, оптимальные для устройств вывода информации из ЭЖ1 и ыезоопти-ческих Фурье-мпкроскопов;

- предложен способ сценки качества изображения фазовых зонных пластинок с искааенияма топологии, вносимыми в процессе изготовления.

Практическая значимость работн закатается в разраи^____

новых зонных пластинок и обосновании эффективности их использования в специализированных микроскопах и устройствах вывода икфорладии из ЗВЯ. Основные практические результаты состоят в следувде:*:

- изготовлен и испытан какет двухфокусного макроскопа на основе зонной пластинки Руда. Оптическая схема какро-скопа оптимизирована в соответствии с требованиями на про-1лт.леннув установку совмещения дая рентгенолитографии с использованием синхротронного излучения;

- подтверждена целесообразность разработки системы для быстрого поиска собстиС в ядерной фотоэмульсии па основе ме-зооптического Фурье-микроскопа;

- определены допуски на форму и расположение границ зон, а так ае требуемая точность совмещения фотоаабдонов при изготовлении зонных пластшок;

- разработашпгли обойденными зошкш пяастпнкама оспа-це:ш перспеетпвнае установки рентгенолитограф:ш НПО"Восток", иезооЕтнчзсЕий Фурье-микроскоп ОИЯИ (г.Дубна), лабораторные стенды ИЭ АН БССР (г.Мшск), что подтверждено актами.

Апробгдия работн. Основные результаты диссертационной работы докладывались на I Международном семинаре по оптической обработке изображений (Новосибирск, 1982 г.), 1У Всесоюзной конференции "Оптика лазеров" (Ленинград, 1984 г. ), Всесоюзном семинаре "Голографические оптические элементы и их применение в оптических рприборах" (Москва, 1985 г.), Всесоюзной конференции "Современные проблемы физики и ее приложений" (Москва, 1987 г.), Всесоюзном семинаре "Голо-грамгные оптические элементы и их применение в цромышленно-

ста" (Москва, 1987 г.), У Всесоюзной конференции "Оптика лазеров" (Ленинград, 1987 г.), Ш Рабочем совеганки "К^шьютер-ная оптика" (Cj'xyr.a, 1988 г.), Международной конференции "Галографм-ВЭ" (Варна, IS89 г.).

Структура п объем работы. Диссертационная работа изложена та 140 страницах машинописного текста, иллюстрируется 4 таблицам, 79 рисунками и фотографиями; состоит из введе-- 1шя, пяти глав, списка литературы, вклвчасцего 133 наименования, »: прплотанш, содержащего кошш документов об использовании резузьгатса работы. В настоящей работе рассматриваются обобщенные зошше пластптпсл с раалпчнкгя пэда',я каустн-" кл п это отражено в её структуре. Кавдая глава посвящена од-ног.^ елду обобщённых зонных пластинок и их применениям. В первом параграфе каждой главы описывается состоите предмета исследований на нелент начала работы п обосновываются ее задачи, а заверяется глава краткими выводами.

На-защиту выносятся;

- результаты математического моделирования процесса дифракции световых волн на фазовых зонных пластинках;

- двухфокусные оптические системы на основе зонных пластинок, оптики заругала параметры микроскопов совмещения установок рентгенолитографии с использованием синхротронного излучения ;

- алгоритмы расчета обобщённых зонных пластинок:

а) нахождение дифракционной структур'! элементов, обес-печпващих наперед заданное распределение интенсивности вдоль оптической оси;

б) расчет и выбор параметров модулированных зонных пластинок доя фокусировки излучения в кольцо в устройствах вывода информации из ЭЕЛ и мезосптзческлх системах;

- способ описания функции зрачка дифракционных оптических элементов с кяноформнлм фазовкм просияем, изготавливаемых с помощю процесса фотолитографии, и алгоритм учета технологических сшпбсз прп оценке качества изображения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель ж задачи работы, показана научная новизна, приведены краткое изложение содержания последувдих глав и основные положения, выносимые на защиту.

Первая глава. В параграфе 1.1 дан краткий обзор фундаментальных свойств, характеристик и областей применения дифракционных оптических элементов. Обосновывается введение термина "обобщенные зонные пластинки" для обозначения дифракционных оптических элементов с кинофоринш фазовым профилем, оо-кусирувдих излучение в каустику специального вида.

Из обзора следует необходимость определения закономерностей светового поля в окрестности фокуса разовых зонных пла-' станок (ЗП) в зависимости от количества рабочих зон и ступеней фазового профиля в пределах одной зоны. В последувдих параграфах обосновывается выбор метода расчёта дифракционной картины, обсуздаюгся алгоритм и программная реализация метода, представлены результаты расчёта распределения интенсивности вдоль оси фокусировки и в крукке рассеяния Ш и рефракционных линз.

Функция комплексного пропускания осесимметричных фазовых ЗП "£(?)= ехрру(|>)] определяется функцией оптической толщины ¡рС?) » которая зависит лкиь от радиальной координаты 3 в плоскости ЗП и задается кассивом радиусов кольцевых зон {$} и мае сивом значений фазы {л} в каждой зоне. Комплексная амплитуда поля в плоскости найягденгя с координатами ( г,1р, 'I) является сушой волн Ц (г} 1) , дифрагированных на кольцевых зонах:

I»

(/(г, а) = Щсг.х). Ш

В скалярной приблигении Кирхгофа-Френеля амплитуда 1/еО*,й) в произвольной точке наблюдения представима следу-кадм образом:

Уг+4

где Î7e) - фугасщя Бесселя нулевого порядка, а, - световой радиус 31, , Л - длина световой волнн ,

Д=2Ж/Л. , 2 - координата вдоль оптической оси, f - фокусное расстояние ¡31, Значение со= ?1с?-/А/ соответствует совпадению плоскости наблодешя с фокальной. 1/0 - Есяшшту-да плоской, однородной, монохроматической световой волны, падаэдей на ЗП. Распределение интенсивности светового поля 12 ) в плоскости наблэдения определяется 'квадратом модуля амплитуды.

Соответствующее выражение для интенсивности пмя,дифрагированного на рефракционной линзе с функцией пропускания

%($) = ехр (-j t f-/ZД } , имеет вид : о

На основании формул (1,2,3) рассчитываются распределения интенсивности Кг,а) и LrO~,£) для фазовой зонной пластинки и рефракционной

линзы соответственно.Для вычисления дифракционного интеграла используется адаптивная квадратурная программа, основанная на формулах Ньэтона-Котеоа 8 порядка. Выбранный алгоритм обеспечивает высокую точность вычислений, поскольку производите порядка выше 10 подынтегральных функций действительной п мншой частей выражений (2) и (3) существуют и ограничены. Функции Бесселя аппроксимируются многочленам с ошибкой менее 5-I0"8.

Комплекс программ реализован на языке. Фортран в операционной системе R5-Х (ЭВМ СМ-4) и позволяет в диалоговом региме задавать физические параметры фазовой 31, рефракционной линзы и координаты точек наблюдения, выполнять преобразование Ханиеля функцпп пропускания а выводить результат - значения интенсивности в, указанных точках - в виде графика ка диепдэй и распечатка на АЦПУ. В результате числекнш: расчётов показано, что яоложевге максимумов интенсивности пояя ка оси фокусировки определяется как радиусом рабочего зрачка 31, так и количеством ступзхей а фазозогз профиле зо-

ни. У зонных пластинок Вуда (две ступени в фазовом профиле N =2) максимумы интенсивности располагаются в геометрических фокальных плоскостях вне зависимости от радиуса зрачка ЗП. По мере пряйшяенпя фазового профиля зон к параболическому Ш>2) происходит перераспределение энергии мекду фокусам различных порядков, что подтверждает теорию киноформных элементов, а максимумы интенсивности поля на оптической осп сдвигаются пз геометрических фокальных плоскостей по направлению к плоскости ЗП, что обнаружено впервые. При заданном радиусе зрачка по мере увеличения N каксимум первого порядка дифракции асимптотически приближается к псиоаешго пшсимут интенсивности линзы того ке радиуса. В дифракционных фокальных плоскостях кругам рассеяния фазовых ЗП и рефракционной линзы отличазтся не диаметром, а ишь величиной боковых лепестков для зрачков, содеряацих ^ 4 кшоформннх зон.

Во второй главе обсоздается принципиальные схеш п особенности двухфокусных оптических систем. Г1о-сажано, что целесообразно использовать Ш в качестве многсфокуоных оптических элементов. Предложены три варианта двухфокусных оптических систем, состоящих из объектива и зонных пластинок.Получены соотношения, возводящие производить расчет радиусов зон ЗП и фазового профиля внутри зон. Доказано, что расстояние мезду фокуса?,ш зависит от расстояния мекду компонентами оптической системы и изменяется при изменении-длины световой водны. Экспериментально исследована двухфокусная оптическая система на основе зонной пластинки Вуда. Результаты согласуются с теоретическим .рассмотрением. Конструкция двухфокусной системы оригинальна, защищена авторским свидетельством и не имеет близких аналогов. Ее принципиальная схема .фотографии кружков рассеяния объектива (тубус оо , = 16 мм, А = 0,2) и двухфокусной системы представлены на рис. I.

Полученные результаты и проведенные экспертные оценки позволяют сделать вывод о возможности использования микрообъективов о. киноформной насадкой в стандартных микроскопах совмещения для придания им свойства двухфокусности. Разра-

Ríe. I.

ботана и экспериментально апробирована оптическая схема двухфокусного микроскопа отражения, игзпцего следуйте характеристики:

- увеличение - до 600х;

- линейное пале зрения - 300 шя;

расстояние мегду цредметнымл плоскостями изменяется от 50 до 80 !дм, в спектральном диапазоне 450 - 625 км. В соответствие с требованиями на микроскоп совмещения установок ректгенолито-графяи проведена оптимизация оптической схема по следущим параметрам: величине линейного поля зрения, допустимому спике-ниэ контраста изображения, разности увеличений дая предметных плоскостей.

В третьей главе представлены методы расчета кнноформннх оптических элементов с увеличенной глубиной фокальной' области двух типов: во-первых, алементы, изображающие соевуа точку в виде отрезка прямой и не осуществляющие проективных преобразований (акепконы); во-вторых, элементы, удлинявшие каустику без изменения проективных свойств оптической систеглыСобобщенные зонные пластинки -03П). Показано, что целесообразно про-

водить расчет функции пропускания киноформов, предполагая,что плоский волновой фронт преобразуется нш в конический, цилиндрический, винтовой либо их комбинацию.

Функция пропускания хиноформных аксиконов находится путем решения дифференциального уравнения второго порядка, получаемого из интегрального приближения Кирхгофа-Френеля с помощью метода стационарной фазы для заданного распределения интенсивности вдоль фокального отрезка. Показано, что по данной методике можно рассчитывать аксиконы, позволявшие получать произвольное требуемое распределение интенсивности вдоль фокального отрезка для заданного распределения амплитуды поля освещающей световой волны. Приводятся соотношения для топологии зон киноформных аксиконов.

Существенной особенностью аксиконной фокусировки является низкая концентрация излучения. Поэтому представляет интерес возможность изменения каустики линзы путем введения контролируемых аберраций. Предлагается определять топологию зон ОЗП с помощью обобщенного принципа таутохронизма и требования концентрации мощности потока лучистой энергии из кольцевой области малой ширины в фокальный отрезок длиной д 2. .

Изготовленные образцы киноформных аксиконов и 031 исследовались экспериментально. Проведены измерения следующих характеристик фокального отрезка: диаметра пятна и распределения интенсивности в нем в различных сечениях, плотности энергии вдоль оптической, оси. Интенсивность на оси фокусировки аксиконов сохраняется постоянной, диаметр фокального пятна изменяется соответственно расчёту. Вдоль каустики ОЗП наблюдаются большие колебания интенсивности,-чем вдоль фокального отрезка аксикона. Приводятся экспериментальные кривые изменения диаметра фокального пятна вдоль оптической оси.

Совпадение результатов расчетов с экспериментальными данными подтверждает возможность расчета кпноформннх аксиконов и ОЗП по предлагаемым методикам.

В четвертой главе рассмотрены методы преобразования формы каустики лазерных пучков для повышения эффективности процесса записи в систегзах регистрации информации путем создания рав-

Функции пропускания Рефракционные аналоги Распределение интенсивности в поперечна/ сечении кольца

3 ш • «V О $1П X Г X 1

1 » -- X о

< * 1 1 X <3

фехрф-*'?] ! 1 1 | ! [ ~ £ «п(т)

! 1 к.— ж г

í X О

псмэрного iыё кольцевого распределения интенсивности в фокальна-.! пятке. Показано, что еоемонно совместить функции фа-сознх масок и линз посредством модуляции дифракционной структуры фазовых зонных пластинок. Распределение амплитуды поля в фокальной шхоскости модулированной ЗП пропорционально сумме преобразования Фурье от модулирущей функции и "фоновой засветки".

В результате проведенного анализа найдено, что кольцевой икпульсшй отклик пкеот несколько модулированных ЕЛ с различной дифракционной структурой, что позволяет выбирать оптимальный вариант, обеслечивавдий требуемые характеристики фокального кольца. В таблице I приведены основные характеристики разработавши: ЗП. В первой, вертикальной, графе представлены функции пропускания, которые находятся путем решения обратной задачи с помощьэ дифракционного интеграла Френеля и принципа обратимости светового поля. Во второй графе показаны соответствуете рефракционные элементы и ход лучей через них. Математические выражения для распределения интенсивности в поперечном сечении кольца для каждого элемента приведены в третьей графе. Дифракционная структура элементов задается радиусами границ зон, которые находятся с помощьэ обойденного принципа таутохронизма.

Найдены так же параметры бинарной фазовой модулирущей функции, с помощьэ которой ыоено преобразовать гауссово распределение интенсивности в кольцевое или близкое к равномерному в фокальном пятне. Результаты экспериментального исследования и характеристик! модулированных 31 представлены в таблице 2. В первой строке изображены модулирущие фазовые функции, во второй строке даны соответствующие фотографик фокальных пятен, в третьей - графики функции рассеяния точки. В процентах внрааена мощность света в пределах кружка рассеяния.

Влияние "фоновой засветки" на процесс записи оценивается по (тнозенно ц. интенсивности на оса основного дифракционного порядка к интенсивности фона. Показано, что 1, пропорционально квадрату числа Френеля зонной пластинки,квадрату колп-

чества ступеней фазового рзлъефа л дифракционной эффективности главного фокуса.

Из приведенных экспериментов следует, что если запись доронкп на фотоматериале с высоким коэффициентом контрастности ведется сзетовытл пятне? о кольцевым распределением интенсивнее ти, то ширина доролка значительно слабее зависит от мощности лазера, чем при использовании гауссова пятна .Преобразование распределения интенсивности в экспонирукцем пятне позволяет снизить требования к уровня пумов'источника излучения.

В результате экспериментального исследования СИ с кольцевал импульсным откликом в сходящихся световых пучках показано, что происходит скштуривание изобракений объектов,информация об ориентации и положении сторон прямоугольной щели,

линейной цепочки из нескольких круглых отверстий сохраняется. Эти свойства позволяют использовать 031 в мезооптических Фурье-микроскопах для поиска ядерных взаимодействия до оптическим сигналам от прямых следов частиц, образующих событие в ядерной фотоэмульсии. В основе алгоритма поиска лежит то, что прямой след, попавший в попе зрения микроскопа, преобразуется в два световых пятна (сигаала), которые лежат в исходной плоскости на линии, перпендикулярной ориентации прямого следа частицы. Чтобы экспериментально промоделировать алгоритм поиска, смонтирован шкет мезооптического Фурье-микроскопа, в котором использована Ш о кольцевым импульсным откликом и система концентрических пропускающих колец. Исследованы эффекты, возникающие цри несовпадении вершины события с оптической осью. Оценена погрешность, с которой могут быть зафиксированы координаты вершины. Даны расчётные характеристики реальной системы на основе Фурье-микроснопа с числовой апертурой зонной пластинки - 0,53 рад.

Пятая глава посвящена анализу влияния погрешностей изготовления зонных пластинок с киноформным фазовым профилем на качество изображения. Предложено выполнять интегральную оценку качества изготовления путем сравнения распределения интенсивности в дальней зоне с расчётным. Показано, что удобным и чувствительным тестовым объектом является равномерная круговая решетка. Ошибка определения начала координат при изготовлении тестового фотошаблона регистрируется по форме спектра и положению главного максимума. Случайная ошибка радиусов в группе зон приводит к появлений "духов".

В результате рассмотрения влияния ошибок определения центра, случайных ошибок радиусов и эллиптичности зон на функцию зрачка найдено, что допустимые величины ошибок изготовления линейно зависят от величины относительного отверстия 31 .Полученные сценки уточняют требования к системе позиционирования и оптическому блоку записи лазерного фотопостроителя.

Предложен общий подход к описанию функции зрачка киноформных оптических элементов, изготовляемых с помощью фотолитографического процесса. Функция фазового пропускания представляет-

ся в виде суммы функций, каждая из которых пропорциональна изменению оптичес.сой толщины подложки после обработка ее с помощью соответствующего шаблона. Таким образом ошибки топологии или совмещения одного шаблона легко выражаются математически, приводя к искажению функции пропускания кянофориа.Разлагая комплексное пропускание в ряд Фурье и провода- интегрирование для первого порядка дифракции, можно получить функцию зрачка искажённого киноформа. Качество изображения оценивается по критерию Марешаля для числа Штреля. .

Найдена ограничения на допустимую величину. малой ошибки совмещения одного фотошаблона при изготовлении фазовой зонной . пластинка. Допустимая величина. сшибки линейно зависит от минимальной ширины кинофорыной йены.

В заключении перечислены основные результаты, и вывода ,псь : лученные в диссертационной работе.

ОСНОШЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТУ ;

В результате теоретических и экспериментальных иослёдова-ний разработаны'и созданы обойденные зонные пластинки для фокусировки излучения в каустики различного вида с сохранением или без сохранения проективных свойств системы в целом. При этом:

1. С помощью моделирования на ЭШ процесса дифракции световых волн на фазовых зонных пластинках, обнаружено,что по мере приближения фазового профиля зон к параболическому происходит не только перераспределение энергии мезду фокусами различных порядков, но и максимумы интенсивности поля на оптической оси сдвигаются из геометрических фокальных плоскостей по направлению к плоскости пластинки. Максимум первого порядка дифракции асимптотически приближается к положению максимума интенсивности рефракционной линзы того же радиуса» а их кружки рассеяния отличаются величиной боковых лепестков дня -зрачков, содержащих более четырех киноформных зон.

2. Исследованы различные варианты двухфокусных оптических систем, состоящих из объективов и специальных зонных пластинок. Получены соотношения, позвашещие производить расчет ра-

диусов зон п фазового рельефа внутри зон для заданного рас-отояная ыесду фокусами. Разработана п экспериментально апробирована оптическая схема двухфокусного микроскопа с расстоянием мегэду предметными плоскостями 50-80 мкм. Проведена ез оптимизация в соответствии с требованиями на микроскоп совмещения установок рентгенслитографпи.

3. ПреддоЕека новая методика расчета в дифракционном приближении функции пропускания и тополопш зон кинофорыных ак-сш: он оз, обеспечивающих произвольное, наперед заданное распределение интенсивности в фокальном отрезке. Изготовлены и -экспериментально исследованы аксиконы, у которых интенсивность вдоль оси фокального отрезка остается неизменной. Проведен сравнительный анализ распределения интенсивности в каустиках аксиконов, фазовых зонных пластинок и рефракционных линз. Показано, что при определенном выборе габаритов акси-кона и геометрии освещения интенсивность на оси фокального отрезка аксикона на порядок меньше интенсивности в центре кружка рассеяния рефракционной линзы.

4. В результате анализа каустики показано, что целесообразно совмещать функции линз и фазовых масок в одном оптическом элементе путем модуляции дифракционной структуры фазовых зонных пластинок. Предложен, реализован на црактике и исследован ряд модулированных пластинок с кольцевым откликом для устройства вывода информации из.ЭВЛ и мезооптических Фурье-микроскопов. Результаты моделирования прямого метода регистрации событий в ядерной фотоэмульсии при помощи кезо-оптического Фурье-шкроскопа, содержащего ЗП с кольцевым импульсным откликом, подтверждают целесообразность разработки системы для быстрого поиска событий в ядерной фотоэмульсии.

5. ПрздлоЕен обдай подход к описанию функции зрачка кк-ноформяых оптйческнх элементов, изготовленных с пшощкз фотолитографического процесса. Показано, что допустимая величина ошибки совмещения фотошаблона линейно зависит от минимальной иирины киноформной зоны и влияние сдвига одного шаблона в два раза больше при неравноглубпнном травлении.

Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

1. Коронкевич В.П., Пальчикова И.Г., Полещук А.Г., Юрлов Ю.И. Дифракционные оптические элементы, концентрирувдие лазерное излучение в кольцо//Тез.докл. ГУ Всес. конф. "Оптика лазеров" - Л., 1984. - С. 269-270.

2. Fabrication of kiaoform optical elementa/V.P.Koronkevitch et al.//Optik. - 1984. - Bd. 67, No. 3. -

S. 257-266.

3. Киноформные оптические элементы: методы расчета, технология изготовления, практическое применение/В.П.Коронкевич, Г.А.Ленкова, И.А.Михальцова и др.//Автометрия. - 1985. -И Г. - С. 4-25.

4. Коронкевич В.П., Пальчикова И.Г., Пол сиу к А.Г., Юрлов Ю.И. Киноформные оптические элементы с кольцевым импульсным откликом. - Новосибирск, 1985. - 20 с. (Препр. Ин-та автом. и электрометрии СО АН СССР, JS 265).

5. Пальчикова И.Г., Рябчун A.M. О влиянии погрешностей изготовления киноформов на функцию зрачка//Автсметрия. - 1985. - й 6. - С. 38-42.

6. Пальчикова И.Г. Влияние ошибок изготовления киноформной линзы на качество изображения/Автометрия. - 1984. - ß 6.

- С. 98-99.

7. Бевде Д., Пальчикова И.Г., Полещук А.Г., Сороко Л.М. Кссле-дова1ше изображающих свойств кансформа с поперечной кезо-оптичностью. - Дубна, 1986. - 12 о. (Сообщение ОИЯИ; PI3-86-240).

8. Пальчикова И.Г. Синтез фазовой структуры киноформных акси-ICOHOB. - Новосибирск, 1986. - 17 с. (Препр. /11н-т автсм. и электрометрии СО АН СССР; IS 328).

9. A.C. I3I2508 (СССР). Двухфокусная оптическая сиетею,/ В.Н. Нагорный, И.Г.Пальчикова, А.Г. Полещук. - Опубл. в ШД987, Л 19.

10.Пальчикова И.Г., Полещук А.Г. Киноформы для лазерных систем записи ивфоршции//Тез. докл. У Всес. конф. "Оптика лазеров", - I., 1987. - С. 269.

11. Коронкевяч В.П., Пал!такова И.Г., Поледук А.Г., Нагорный

B.Н., Степанов И.В. Бифокальный микроскоп с киноформиш оптическими элементами//Автоаетрия. - 1987. - И 6. -

C. 15-23.

12. Eoronkevitch V.P., ïïagoi-ni V.U., Palchikova I.G., Pole-schchui; A.G-. Bifocus microscope//Optlk. - 1988. -

Bd. 78, Ho. 2. - S. 64-66.

13. Бенце Д., Пальчикова И.Г., Полещук А.Г., Сороко Л.М. Моделирование прямого метода регистрации "звезд" в ядерной фотоэмульсии при помощи киноформа с кольцевым откликом.-Дубна, 1987. - 12 с. - (Сообщение ОИЯИ: PI3-87-474).

14. Пальчикова И.Г. Киноформные коноидные аксиконы//Автомет-рия. - 1988. - & 6. - С. 78-82.

15. Кинофорьш: технологии, ноше элементы и оптические системы/Корольков В.П., Коронкевич В.П., Михалщова И.А. и др. //Автометрия. - 1989. - й 3, Л 4. - С. 95-102, с.47-64.

Подписано к печати . 30.01. 1990 г. № 08106

Формат бумаги 60x84 I/I6. Объем 1,2 печ.л., 1,1 уч.-изд. л. Тиран ТОО экз. Заказ Jé 17.

Отпечатано на ротапринте Института автоматики и электрометрии СО АН СССР. 630090, Новосибирск. Университетский пр.,I.