高精密成像系统膜层引入的波像差

为提高系统透过率，高精密成像光学系统表面常需镀制多层膜。然而在短波段光学系统中，多层膜不仅改变表面透过率，还会引入显著的相位效应和横向位移，从而导致系统产生额外的波像差。本文针对短波段小入射角系统，系统分析了多层膜对全视场成像质量的影响。首先，利用膜层断点追迹算法，将膜层效应与光线追迹过程相结合，比较了可见光、红外及极紫外（EUV）波段系统的膜层引起的波像差。而后，以数值孔径为0.25的六反EUV投影系统为例，分析了均匀的40层Mo/Si多层膜引入的波前变化。在此基础上，提出一种基于Gram–Schmidt正交化（GSO）的EUV系统波前全视场分析方法，对弧形视场下的Zernike像差分布进行分析。结果表明，膜层引起的波像差在长波段系统中确实可忽略，而在短波段系统中则十分显著；膜层对EUV引入明显的倾斜和离焦，使得波前RMS由0.016λ增至0.842λ；全视场分析表明，膜层引入了0.727λ全视场倾斜和0.034λ视场无关的离焦，倾斜主要引起平移、倍率和低阶畸变等视场相关波前变化。研究表明，膜层引起EUV系统剧烈的像面变形，应在设计阶段将膜层影响纳入考虑范围。