Анализ возможностей ахроматизации оптических систем, состоящих из дифракционных элементов

Грейсух Г.И., Ежов Е.Г., Казин С.В., Степанов С.А.

Аннотация:
Приведена методика получения функций распределения пространственной частоты структур дифракционных оптических элементов, обеспечивающих ахроматизацию фокусирующего объектива, состоящего из двух дифракционных элементов. В отличие от известных данная методика позволяет задавать величину минимального периода в структурах элементов и исследовать влияние этой величины на основные параметры объектива, что из-за технологических ограничений на минимальный период особенно важно в случае вакуумного ультрафиолетового и рентгеновского излучений. Исследованы взаимозависимости основных параметров фокусирующего дифракционного объектива-ахромата в области мягкого рентгеновского излучения. Основные характеристики такого объектива сопоставлены с соответствующими характеристиками одиночной дифракционной линзы.

Abstract:
We present the method which allows the receiving of the spatial frequency distribution function of the diffractive optical elements which provides achromatization of the focusing objective consisting of two diffractive elements. The given method differs from the known one that it allows the setting of minimal period of spatial frequency of the elements. Besides this method allows the researching the effect of minimal period on objective’s key parameters. By reason of technological limits of the minimal period these possibilities are especially important in the case of vacuum ultra-violet and X-ray radiation. Interdependences of the basic parameters of focusing diffractive achromatized doublet were investigated in the range of soft X-ray radiation. The basic performances of such doublet were compared with the same ones of the single diffractive lens.

Ключевые слова :
дифракционный оптический элемент, дифракционный дублет, ахроматизация, аксикон, мягкое (длинноволновое) рентгеновское излучение.

Key words:
diffractive optical element, diffractive doublet, achromatization, axicon, soft X-rays.

Литература:

  1. Слюсарев, Г. Г. Методы расчета оптических систем / Г.Г. Слюсарев. - Л.: Машиностроение, 1969. - 672 с.
  2. Rayces, J.L. Selection of glasses for achromatic doublets with reduced secondary spectrum. I. Tolerance conditions for secondary spectrum, spherochromatism, and fifth-order spherical aberration / J.L. Rayces, M. Rosete-Agilar // Applied Optics. - 2001. - Vol. 40, No 31. - P. 5663-5676.
  3. Rosete-Agilar, M. Selection of glasses for achromatic doublets with reduced secondary spectrum. II. Application of the method for selecting pairs of glasses with reduced secondary spectrum / M. Rosete-Agilar, J.L. Rayces // Applied Optics. - 2001. - Vol. 40, No 31. -P. 5677- 5692.
  4. Ган, М.А. Теория и методы расчета голограммных и киноформных оптических элементов / М.А. Ган - Л.: ГОИ, 1984. - 140 с.
  5. Gan, M. High-speed apo-lens with kinoform element / M. Gan, I. Potyemin, A. Perveev // Proceedings of SPIE. - 1991. - Vol. 1574. - P. 243-249.
  6. Greisukh, G.I. Diffractive-refractive hybrid corrector for achro- and apochromatic corrections of optical systems / G.I. Greisukh, E.G. Ezhov, S.A. Stepanov // Applied Optics. - 2006. - Vol. 45, No 24. - P. 6137-6141.
  7. Бельский, А.Б. Создание и аттестация флюорита. Перспективы разработки оптических систем для УФ фотолитографии / А.Б. Бельский, М.А. Ган, И.А. Миронов // Международный оптический конгресс «Оптика-XXI век»: сб. трудов. -СПб.: СПбГУ ИТМО, 2006. - С. 9-17.
  8. Блохин, М.А. Физика рентгеновского излучения / М.А. Блохин. – М.: Гостехиздат, 1957. – 518 с.
  9. Аристов, В. В. Современные достижения рентгеновской оптики преломления / В.В. Аристов, Л.Г. Шабельни­ков // Успехи физических наук. - 2008. - Т. 178, № 1. - С. 61-83.
  10. Виноградов, А.В. Зеркальная рентгеновская оптика / А.В. Виноградов, И.А. Брытов, А.Я. Грудский и др.; под общ. ред. А.В. Виноградова. – Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1989. – 463 с.
  11. Bennett, S.J. Achromatic combinations of hologram optical elements / S.J. Bennett // Applied Optics. - 1976. Vol. 15, No 2. - P. 542-545.
  12. Sweatt, W.C. Achromatic triplet using holographic optical elements / W.C. Sweatt // - Applied Optics. - 1977. Vol. 16, No 5. - P. 1390-1391.
  13. Weingärtner, I. Real and achromatic imaging with two planar holographic optical elements / I. Weingärtner // Optics Communications. - 1986. - Vol. 58, No 6. - P. 385-388.
  14. Farn, M.W., Diffractive doublets corrected at two wavelengths / M.W. Farn, J.W. Goodman // J. Opt. Soc. Am. A. - 1991. - Vol. 8, No 6. - P. 860-867.
  15. Бобров, С.Т. Оптика дифракционных элементов и систем / С. Т. Бобров, Г. И. Грейсух, Ю. Г. Туркевич. - Л.: Машиностроение, 1986. - 223 с.
  16. Greisukh, G.I. Optics of diffractive and gradient-index elements and systems / G.I. Greisukh, S.T. Bobrov, S.A. Stepanov - Bellingham: SPIE Press, 1997. - 414 p.
  17. Грейсух, Г.И. Сравнительный анализ хроматизма дифракционных и рефракционных линз / Г.И. Грейсух, Е.Г. Ежов, С.А. Степанов // Компьютерная оптика. -2005. -Вып. 28. -С. 60-65.
  18. Полещук, А.Г. Методы изготовления и контроля дифракционных оптических элементов / А.Г. Полещук, В.П. Корольков // Сборник трудов научно-практической конференции «Голография в России и за рубежом. Наука и практика». -М.: ООО «ГОЛОГРАФИЯ-СЕРВИС», 2007. - С. 11-14.
  19. Di Fabrizio, E. High-efficiency multilevel zone plates for keV X-rays / E. Di Fabrizio, F. Romanato, M. Gentili, S. Cabrini, B. Kaulich, J. Susini, R. Barrett // Nature. - 1999. - Vol. 401. - P. 895-898.
  20. Anderson, E.H. Nanofabrication and diffractive optics for high-resolution x-ray applications / E.H. Anderson, D.L. Olynick, B. Harteneck, E. Veklerov, G. Denbeaux, W. Chao, A. Lucero, L. Johnson, D. Attwood // J. Vac. Sci. Technol. B. - 2000. - Vol. 18, Issue 6. - P. 2970-2975.
  21. Аристов, В. В. Современная рентгеновская оптика высокого разрешения / В.В. Аристов // Вестник Российской академии наук. - 2002. - Т. 72, №  1. - С. 963-968.
  22. Nöhammer, B. Zoneplates for hard X-rays with ultra-high diffraction efficiencies / B. Nöhammer, J. Hoszowska, H.-P. Herzig, C. David // J. Phys. IV. - 2003. - Vol. 104. - P. 193-196.
  23. Борн, М. Основы оптики / М. Борн, Э. Вольф. - М.: Наука, 1973. - 720 с.
  24. Грейсух, Г.И. Тройные склеенные радиально-градиент­ные объективы / Г.И. Грейсух, Е.Г. Ежов, С.А. Степанов // Оптический журнал. - 1999. – Т. 66, № 10. - С. 92-96.

References:

  1. Slusarev, G.G. Methods of the optical systems computing / G.G. Slusarev. - Mashinostroenie, 1969. - 672 p. - (in Russian).
  2. Rayces, J.L. Selection of glasses for achromatic doublets with reduced secondary spectrum. I. Tolerance conditions for secondary spectrum, spherochromatism, and fifth-order spherical aberration / J.L. Rayces, M. Rosete-Agilar // Aplied Optics. - 2001. - Vol. 40, No 31. - P. 5663-5676.
  3. Rosete-Agilar, M. Selection of glasses for achromatic doublets with reduced secondary spectrum. II. Application of the method for selecting pairs of glasses with reduced secondary spectrum / M. Rosete-Agilar, J.L. Rayces // Aplied Optics. - 2001. - Vol. 40, No 31. -P. 5677- 5692.
  4. Gan, M.A. Theory and methods of the kinoform and holographic optical elements design / M.A. Gan - GOI, 1984. - 140 p. - (in Russian).
  5. Gan, M. High-speed apo-lens with kinoform element / M. Gan, I. Potyemin, A. Perveev // Proceedings of SPIE. - 1991. - Vol. 1574. - P. 243-249.
  6. Greisukh, G.I. Diffractive-refractive hybrid corrector for achro- and apochromatic corrections of optical systems / G.I. Greisukh, E.G. Ezhov, S.A. Stepanov // Applied Optics. - 2006. - Vol. 45, No 24. - P. 6137-6141.
  7. Belsky, A.B. Creation and certification of fluorite. Prospects of design of optical systems for UV-photolithography / A.B.Belsky, M.A.Gan, I.A.Mironov // Proceedings of International Optical Congress "Optics-XXI Century": St. Petersburg State University of Information Technologies, Mechanics and Optics, 2006. - P. 9-17. - (in Russian).
  8. Blohin, M.A. Phisycs of the X-ray radiation / M.A. Blohin –  Gostechizdat, 1957. – 518 p. - (in Russian).
  9. Aristov, V.V. Modern achivements of the refractive X-ray optics / V.V. Aristov, L.G. Shabelnikov // Advances in Physical Sciences. - 2008. - V. 178, № 1. - P. 61-83. - (in Russian).
  10. Vinogradov, A.V. Mirror x-ray optics / A.V.Vinogradov, I.A.Brytov, A.JA.Grudsky, etc.; ed. А. V. Vinogradov. – Leningrad: Mashinostroenie, 1989. – 463 p. - (in Russian).
  11. Bennett, S.J. Achromatic combinations of hologram optical elements / S.J. Bennett // Applied Optics. - 1976. Vol. 15, No 2. - P. 542-545.
  12. Sweatt, W.C. Achromatic triplet using holographic optical elements / W.C. Sweatt // - Applied Optics. - 1977. Vol. 16, No 5. - P. 1390-1391.
  13. Weingärtner, I. Real and achromatic imaging with two planar holographic optical elements / I. Weingärtner // Optics Communications. - 1986. - Vol. 58, No 6. - P. 385-388.
  14. Farn, M.W. Diffractive doublets corrected at two wavelengths / M.W. Farn, J.W. Goodman // - J. Opt. Soc. Am. A. - 1991. - Vol. 8, No 6. - P. 860-867.
  15. Bobrov, S.T Optics of diffractive elements and systems / S.T. Bobrov, G.I. Greisukh, Yu.G. Turkevich – L.: Mashinostroenie, 1986. - 223 p. - (in Russian).
  16. Greisukh, G.I. Optics of diffractive and gradient-index elements and systems / G.I. Greisukh, S.T. Bobrov, S.A. Stepanov - Bellingham: SPIE Press, 1997. - 414 p.
  17. Greisukh, G.I. The comparative analysis of chromatism of the diffractive and refractive lenses/ G.I. Greisukh, E.G. Ezhov, S.A. Stepanov // Computer Optics. - 2005. - Iss. 28. - P. 60-65. - (in Russian).
  18. Poleshchuk, A.G. Methods for fabrication and certification of diffractive optical elements / A.G. Poleshchuk, V.P. Korol­kov // Proceedings of the conference “Holography in Russia and aboard. Theory and practice”. -M.: “HOLOGRAPHY-SERVICE Ltd.”, 2007. - P. 11-14. - (in Russian).
  19. Di Fabrizio, E. High-efficiency multilevel zone plates for keV X-rays / E. Di Fabrizio, F. Romanato, M. Gentili, S. Cabrini, B. Kaulich, J. Susini, R. Barrett // Nature. - 1999. - Vol. 401. - P. 895-898.
  20. Anderson, E.H. Nanofabrication and diffractive optics for high-resolution x-ray applications / E.H. Anderson, D.L. Olynick, B. Harteneck, E. Veklerov, G. Denbeaux, W. Chao, A. Lucero, L. Johnson, D. Attwood // J. Vac. Sci. Technol. B. - 2000. - Vol. 18, Issue 6. - P. 2970-2975.
  21. Aristov, V.V. Modern x-ray optics of the high resolution / V.V. Aristov // Herald of the Russian Academy of Sciences. - 2002. - Vol. 72, No 11. - P. 963-968. - (in Russian).
  22. Nöhammer, B. Zoneplates for hard X-rays with ultra-high dif­fraction efficiencies / B. Nöhammer, J. Hoszowska, H.-P. Herzig, C. David // J. Phys. IV. - 2003. - Vol. 104. - P. 193-196.
  23.  Born, M. Principles of Optics, 5th ed /M. Born, E. Wolf - N.Y.: Pergamon Press, 1964.
  24. Gresukh, G.I. Triple cemented radial-gradient objectives / G. I. Gresukh, S. A. Stepanov, E. G. Ezhov // Journal of Optical Technology. – 1999. - Vol. 66, Iss. 10. - P. 918–921.

© 2009, ИСОИ РАН
Россия, 443001, Самара, ул. Молодогвардейская, 151; электронная почта: ko@smr.ru ; тел: +7 (846 2) 332-56-22, факс: +7 (846 2) 332-56-20