[发明专利]一种用于DMD投影光刻的空间光强度匀化系统及其设计方法

权利要求书

1.一种用于DMD投影光刻的空间光强度匀化系统，其特征在于，包括由前自由曲面和后自由曲面集成设置在一个透镜上的结构。

2.一种根据权利要求1所述的用于DMD投影光刻的空间光强度匀化系统的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：对所述空间光强度匀化系统建立空间坐标系；

S2：对所述前自由曲面进行等能量划分，对目标面进行等面积划分，并根据能量映射关系建立前自由面和目标面上的矢量坐标对应关系；

S3：对所述前自由曲面采用斯涅耳定律进行迭代求解，得到所述前自由曲面母线上每一个点的坐标；

S4：将所述前自由曲面母线的所有出射单位向量作为所述后自由曲面的入射向量，结合斯涅耳定律和等光程边界条件进行迭代求解，得到所述后自由曲面的所有离散点的坐标；

S5：根据所述前自由曲面母线的所有数据点及所述后自由曲面的所有离散点构建双自由曲面的截面结构，得到空间光强度匀化系统。

3.根据权利要求2所述的设计方法，其特征在于，以所述前自由曲面和后自由曲面的母线作为旋转面，以X-O-Y平面为底面，以Z轴为主轴建立空间坐标系。

4.根据权利要求3所述的设计方法，其特征在于，所述S1步骤中，还包括以下步骤：设定一个与X-O-Y面平行的虚拟面的Z向位置作为用于计算前自由曲面的基准面N。

5.根据权利要求4所述的设计方法，其特征在于，对所述前自由曲面进行等能量划分的具体步骤包括：根据入射高斯光束的能量分布将其划分为m份等能量格，将基准面N划分为与入射高斯光束能量份数相同的m份等面积图形，进一步求解得到等能量划分的入射激光划分横坐标x，其计算公式如下：

式中，Φ为入射高斯光束能量分布；I₀为高斯分布中心主级强度，r₁为等能量划分的左边界值，R为目标面的半径，w₀为高斯光束切趾束腰宽度；

其中，目标面半径R满足以下表达式：

式中，r_mi表示目标面等面积划分的第i个边界的半径；

对所述目标面进行等能量划分的具体步骤包括：将入射面照度能量E₀作为目标面接收的能量E₀并划分为n份，将目标面外接圆划分为环带面积为S/n的若干圆环，每一个圆环划分的能量为E₀/n。

6.根据权利要求5所述的设计方法，其特征在于，所述入射高斯光束的能量分布表示为0到无穷高斯光的总体能量Φ，其表达公式如下：

其中，所述入射高斯光束的能量分布中，每点的能量分布表示为：

7.根据权利要求6所述的设计方法，其特征在于，获取所述前自由曲面母线上每一个点的坐标的具体步骤如下：

S31：设定一个初始点参数作为基准点P₁，经所述基准点的出射光为平行于Z轴的光线；

S32：将所述基准点采用矢量形式的斯涅耳定律进行迭代求解，得到基准点P₁的法向矢量其中矢量形式的斯涅耳定律的表达式如下：

式中，为出射光单位向量，为入射光单位向量；n₁为所处环境的折射率，n₂为透镜介质折射率；

S33：根据基准点P₁的法向矢量确定第二个点P₂的位置，其中第二个点P₂位于基准点P₁的切线方向上且与法向矢量垂直，其表达公式如下：

其中P_i表示所述前自由曲面母线上第i个点；根据上式迭代得到所述前自由曲面母线上每一个点的坐标(x_i,y_i)，即为所述前自由曲面所有的出射单位向量。