[发明专利]一种软X射线-真空紫外光学系统的设计方法及光学系统

说明书

本发明公开了一种软X射线‑真空紫外光学系统的设计方法及光学系统，包括以下步骤：步骤一：基于软X射线‑真空紫外光学系统像差理论，分别计算系统中两个光学元件的场曲波像差、彗差波像差、球差波像差、像散波像差和畸变波像差并建立总波像差表达式；步骤二：应用光学元件2的波像差来平衡光学元件1的波像差，建立系统的场曲、彗差、球差、像散及畸变总波像差平衡方程式；步骤三：构建光学系统总的波像差平衡方程式作为系统成像质量评价目标函数；步骤四：应用自适应变异概率改进的遗传算法对目标函数进行求解，解出目标函数在最小值情况下的光学元件1和光学元件2的曲率半径。

技术领域

本发明涉及软X射线-真空紫外光学成像技术，特别是一种软X射线-真空紫外光学系统的设计方法及光学系统。

背景技术

近些年来，软X射线-真空紫外光源被广泛应用于生物、材料、微加工、超大规模集成电路和空间光学等研究领域，同时随着这些研究领域的不断发展，使得它们对软X射线-真空紫外光学系统以及光学元件的精度提出了更高的要求，对光学系统的设计提出了不同程度的挑战。对于软X射线-真空紫外光学系统，它的物点发出的成像光束是掠入射打在光学元件表面上，光束经过光学系统后在子午和弧矢平面内的光束聚焦位置完全不一致并且波阵面的形状严重偏离球面，因此这类光学系统的成像具有平面对称的特性，使得用于轴对称光学系统成像分析及设计的赛德尔像差理论不再适用于此类光学系统。

在软X射线-真空紫外光学系统设计过程中，确定合适初始结构对设计得到成像性能较好的光学系统至关重要。但是，对于此类光学系统初始结构确定目前基本上是依赖光学设计人员的设计经验和光线追迹程序来对其进行设计，它具有一定的随机性。

发明内容

本发明的目的是为了能像轴对称光学系统确定那样，给出一种解析分析方法，从而为更好、更快地获得较好的软X射线-真空紫外光学系统提供一种有效的手段。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种软X射线-真空紫外光学系统的设计方法，包括以下步骤：

步骤一：基于软X射线-真空紫外光学系统像差理论，分别计算系统中两个光学元件的场曲波像差、彗差波像差、球差波像差、像散波像差和畸变波像差，计算表达式分别为：

上述表达式(1)-(5)中，W_1(i)、W_2(i)、W_3(i)、W_4(i)和W_5(i)分别表示光学系统中光学元件i的场曲波像差、彗差波像差、球差波像差、像散波像差和畸变波像差，其中i＝1和2；x、y别为光线打在光学元件表面上子午和弧矢方向上的光线坐标，u为光线打在光学元件表面上的视场角，下标i表示光学元件i；w_mnk(i)为光学系统中光学元件i的波像差系数，其中m、n和k为x、y和u的阶次，其总波像差的计算表达式为：

w_mnk(i)＝M_mnk(α_i,r_mi,r_si,l_si)+(-1)^kM′_mnk(β_i,r′_mi,r′_si,l′_si),   (6)