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上海超强超短激光实验装置研制进展

中国激光 2024年第11期51卷 22-39页

作者：彭宇杰许毅於亮红陆效明王乘李朝阳甘泽彪吴分翔王新亮李妍妍刘彦祺印定军陈慧娜梁晓燕屈炜冷雨欣李儒新徐至展中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室上海201800

超强超短激光的出现与迅猛发展,为人类提供了前所未有的极端物理条件与全新实验手段,使得人类对客观世界规律的认识更加深入和系统化,显著推动基础与前沿交叉学科和战略高技术领域的创新发展。超强超短激光大科学装置对于促进人类对客... 详细信息

超强超短激光的出现与迅猛发展,为人类提供了前所未有的极端物理条件与全新实验手段,使得人类对客观世界规律的认识更加深入和系统化,显著推动基础与前沿交叉学科和战略高技术领域的创新发展。超强超短激光大科学装置对于促进人类对客观世界规律的认识以及推动前沿科学研究领域的发展具有举足轻重的作用。结合国内外超强超短激光的发展现状,介绍上海超强超短激光实验装置的研制进展,进一步展望未来的研究发展方向。

关键词：超强超短激光钛宝石啁啾脉冲放大光学参量啁啾脉冲放大脉冲压缩

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极紫外光刻中的边缘放置误差控制

中国激光 2024年第7期51卷 64-84页

作者：曹晶杨文河刘泽旭陈韫懿魏鑫林楠中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室上海201800 超强激光科学与技术重点实验室(中国科学院) 上海201800

极紫外(EUV)光刻是7 nm及以下技术节点芯片大规模量产的关键技术。随着技术节点的减小、工艺复杂性的增加,芯片的良率面临着巨大挑战。边缘放置误差(EPE)是量化多重曝光技术过程中制造图案保真度的最重要指标。EPE控制已成为多重曝光和... 详细信息

极紫外(EUV)光刻是7 nm及以下技术节点芯片大规模量产的关键技术。随着技术节点的减小、工艺复杂性的增加,芯片的良率面临着巨大挑战。边缘放置误差(EPE)是量化多重曝光技术过程中制造图案保真度的最重要指标。EPE控制已成为多重曝光和EUV融合光刻时代最大的挑战之一。EPE是关键尺寸(CD)误差和套刻误差的结合。在EUV光刻中,光学邻近效应和随机效应是引起光刻误差的重要因素。光学邻近效应校正(OPC)可以使EPE最小化。对于最先进的技术节点,EPE通常由随机效应主导,因此需要对EPE进行建模,尤其是需要对随机效应进行严格的建模,以分析影响EPE的关键参数。选择不同的测量手段对关键参数进行测量并优化EPE是提高芯片良率的重要途径。本文首先综述了EPE在EUV光刻中的重要作用,然后讨论了OPC和随机效应、EPE模型及涉及的关键参数,并介绍了关键参数的测量方法,最后总结和展望了与EPE相关的技术。

关键词：测量极紫外光刻光源套刻光学邻近效应校正对准

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完全实现自主可控的国产光栅设计软件

中国激光 2024年第14期51卷 264-274页

作者：丁新辉余惠李大为张军勇王利周琼卢兴强中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理联合实验室上海201800 中国科学院大学北京100049

通过对傅里叶模态法(也称严格的耦合波分析算法)的攻关与研究,介绍了一款国产的光栅设计与分析软件——光栅设计者。该软件独立开发,并完全自主可控,旨在填补国内光栅光学设计分析软件的空白。软件从算法开发与攻关开始,目前已取得了重... 详细信息

通过对傅里叶模态法(也称严格的耦合波分析算法)的攻关与研究,介绍了一款国产的光栅设计与分析软件——光栅设计者。该软件独立开发,并完全自主可控,旨在填补国内光栅光学设计分析软件的空白。软件从算法开发与攻关开始,目前已取得了重大进展并即将发布。软件核心代码的自主率达到100%,与VirtualLab和Gsolver等国际主流光栅设计软件的计算精度相当,且支持更多光栅类型的设计与分析,包含一维、二维光栅及微结构和超表面等复杂光学结构。光栅设计者以简明的界面,表格化的参数输入,灵活多变的光栅结构建模,强大的参数扫描能力和高效的并行效率为特点,降低了用户的学习成本,适用于从极紫外到太赫兹波段的电磁场计算与分析。

关键词：光栅光栅设计光学设计严格耦合波分析超表面微结构设计

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双波长大口径液晶光弹性测量仪研制

中国激光 2024年第13期51卷 133-142页

作者：陈昱志邢童璐林强刘诚朱健强中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理联合实验室上海201800 中国科学院大学北京100049

提出了一种基于双波长椭圆偏振光测量光弹性应力的方法,采集两种相近波长照明下、特殊液晶旋光角度下透过待测样品的光强分布图像,对其进行一系列计算处理,得到待测样品的应力分布。利用双波长LED和液晶旋光板等先进光源和先进光调控器... 详细信息

提出了一种基于双波长椭圆偏振光测量光弹性应力的方法,采集两种相近波长照明下、特殊液晶旋光角度下透过待测样品的光强分布图像,对其进行一系列计算处理,得到待测样品的应力分布。利用双波长LED和液晶旋光板等先进光源和先进光调控器件,发明了一个可以测量样品中应力分布的光学仪器。进行了相关的实验测量,并与传统的六步相移方法做了实验对比验证了该方法的有效性,相对误差达到2.85%。且所研究的光弹性液晶测量仪结构简单、操作快速,不需要复杂的机械旋转等手动调控。仪器分辨率达到0.25 mm,符合光弹性测量标准。

关键词：光弹性测量应力液晶椭圆偏振光

高功率激光系统中调制光束的复杂非线性传输效应

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中国激光 2024年第11期51卷 131-142页

作者：刘雨欣焦兆阳王宏昌孙明营朱健强中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理联合实验室上海201800 中国科学院大学材料与光电研究中心北京100049

非线性光场增强是导致高功率激光装置终端光学元件损伤的主要原因之一。系统地研究单缺陷的精细形貌以及双缺陷的三维空间分布对调制光束的非线性演变规律的影响,发现了多种非线性传输新现象并揭示了其产生机制。仿真结果表明:边缘陡峭... 详细信息

非线性光场增强是导致高功率激光装置终端光学元件损伤的主要原因之一。系统地研究单缺陷的精细形貌以及双缺陷的三维空间分布对调制光束的非线性演变规律的影响,发现了多种非线性传输新现象并揭示了其产生机制。仿真结果表明:边缘陡峭的单一缺陷会产生双峰热像,这打破了传统认知中缺陷和热像在纵向的共轭关系;双缺陷间的相互作用导致双缺陷中轴位置上额外热像峰的出现,打破了缺陷和热像在横向的一一对应关系。系列研究结果表明了调制光束非线性传输的复杂性,上游缺陷的精细形貌差别和相互干涉均可能使得下游产生额外的光场强区,强度得到进一步增强,最终导致基于原有关于B积分和热像认知的驱动器非线性控制策略失效。本研究结果加深了对复杂非线性光场传输规律的认知,不仅有助于优化装置中终端元件的排布,而且对高功率激光装置中大口径光学元件缺陷的精密检测和评估提出了新的要求,为高功率激光装置的终端负载能力提高提供了重要技术参考。

关键词：高功率激光驱动器非线性传输效应缺陷光场调制自聚焦

高稳定高光光效率的Yb∶YAG单薄片再生放大器

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中国激光 2024年第2期51卷 39-44页

作者：石玉森李祖强潘雪肖奇汤晓云卢兴华王江峰张攀政姜有恩范薇李学春朱健强中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理联合实验室上海201800 中国科学院大学材料与光电研究中心北京100049

薄片激光器可以实现高峰值功率、高平均功率、高光束质量的激光输出,是高重复频率皮秒泵浦源的关键技术之一。基于Yb∶YAG单薄片激光模块设计并搭建了再生放大系统,连续泵浦下获得了平均功率为40.9 W、重复频率为1 kHz、脉冲宽度为3.4 n... 详细信息

薄片激光器可以实现高峰值功率、高平均功率、高光束质量的激光输出,是高重复频率皮秒泵浦源的关键技术之一。基于Yb∶YAG单薄片激光模块设计并搭建了再生放大系统,连续泵浦下获得了平均功率为40.9 W、重复频率为1 kHz、脉冲宽度为3.4 ns的激光输出,水平方向上的光束质量因子(M_(x)^(2))和竖直方向上的光束质量因子(M_(y)^(2))分别为1.12和1.10。基于腔内光束指向主动控制技术,2 h输出的平均功率稳定性峰谷(PV)值和均方根(RMS)值分别为6.42%和0.56%。在600μs脉冲泵浦情形下,光光效率达16.1%。在10 kHz重复频率下,获得了53.3 W的高平均功率的激光输出,M_(x)^(2)和M_(y)^(2)分别为1.07和1.06。

关键词：激光器薄片激光器再生放大器脉冲泵浦激光稳定性

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基于高阶准离散汉克尔变换的光束整形算法

光学学报 2024年第7期44卷 196-204页

作者：余惠丁新辉李大为周琼吕凤年卢兴强中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理联合实验室上海201800 中国科学院大学材料与光电研究中心北京100049

针对具有圆对称结构特征的光束,提出了一种基于高阶准离散汉克尔变换的光束整形算法。与传统Gerchberg-Saxton算法相比,相同条件下,该算法能够在较少的迭代次数内实现快速收敛,并大幅节省计算时间(约100倍),利用该算法设计的衍射光学元... 详细信息

针对具有圆对称结构特征的光束,提出了一种基于高阶准离散汉克尔变换的光束整形算法。与传统Gerchberg-Saxton算法相比,相同条件下,该算法能够在较少的迭代次数内实现快速收敛,并大幅节省计算时间(约100倍),利用该算法设计的衍射光学元件呈圆对称分布,结构简单、更易于加工;此外,设计实验对目标光束整形,验证了该算法的可行性,实验结果光强分布较好,为衍射光学元件的设计和加工提供了重要的指导意义。

关键词：物理光学汉克尔变换光束整形算法 Gerchberg-Saxton算法衍射光学元件

基于超大口径古希腊梯子膜光子筛的单次径向剪切干涉波前传感

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中国激光 2024年第14期51卷 162-171页

作者：张军勇林健张秀平杨亚玲中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理联合实验室上海201800 中国科学院大学北京100049

大口径光学元件被广泛应用于各类大型光学系统,现有的商业波前传感器难以满足大口径光学元件的实时在线动态测量需求。针对这一问题,提出了基于超大口径古希腊梯子膜光子筛的单次径向剪切干涉波前传感技术。超大口径古希腊梯子膜光子筛... 详细信息

大口径光学元件被广泛应用于各类大型光学系统,现有的商业波前传感器难以满足大口径光学元件的实时在线动态测量需求。针对这一问题,提出了基于超大口径古希腊梯子膜光子筛的单次径向剪切干涉波前传感技术。超大口径古希腊梯子膜光子筛具有同时生成缩小波面和扩大波面的轴上分束功能,可单片实现剪切比可调的径向剪切干涉,且镂空的膜结构易大口径加工、可克服本底像差。不同于传统的共焦径向剪切干涉,非共焦径向剪切干涉被球面波载频,对小波像差的干涉具有放大作用。实验验证了上述方案的可行性,为大型激光装置的米级光学元件以及十米级太空望远镜的单次波前传感提供了新选项。

关键词：测量波前传感干涉测量衍射光学元件光学编码

结构光照明显微成像技术在集成电路掩模检测中的应用

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光学学报 2024年第11期44卷 179-186页

作者：魏鑫刘泽旭张子怡陈韫懿杨文河曹晶林楠上海大学微电子学院上海200444 中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室上海201800 超强激光科学与技术重点实验室(中国科学院) 上海201800

针对集成电路成熟制程下的掩模检测需求,设计了一种适用于该应用场景的透射式结构光照明显微(SIM)检测系统。SIM技术在频率域内利用空间混频将物体的高频信息载入到光学系统的探测通带,从而使分辨率突破衍射极限。采用数字微镜器件(DMD... 详细信息

针对集成电路成熟制程下的掩模检测需求,设计了一种适用于该应用场景的透射式结构光照明显微(SIM)检测系统。SIM技术在频率域内利用空间混频将物体的高频信息载入到光学系统的探测通带,从而使分辨率突破衍射极限。采用数字微镜器件(DMD)控制干涉光束的空间分布强度和相位,利用四方向照明(0°、45°、90°和135°,每个方向上分别有三个相位)提高各向同性的分辨率,并可选取级次较高的衍射光在样品表面产生高频结构光,进一步提高样品的空间分辨率。相较于大数值孔径的光学检测系统,该系统结构简单、灵活度高、分辨率提高潜力大。实验验证系统使用不同级次衍射光的成像能力,并简要分析影响SIM分辨率的因素,为基于该系统的优化和改良提供理论依据。

关键词：显微光学系统衍射光栅图像重构技术空间光调制器