一种分析高数值孔径成像系统空间像的方法

摘要

本发明提供一种分析高数值孔径成像系统空间像的方法，步骤为：将成像物图形初始化为的矩阵，其中矩阵的元素为成像物的透射率；对部分相干光源面进行栅格化，将每一栅格区域看作点光源，用每一区域中心点的光源的振幅和相位表示其所处栅格区域光源的振幅和相位；利用傅立叶光学理论计算成像系统入瞳上的衍射频谱在全局坐标系下的分布；获取成像系统；确定成像系统出瞳上的频谱在全局坐标系下的分布；进而确定像面上的光强分布；对所有的点光源对应的像面上的光强分布进行叠加，确定部分相干光源对应的像面上的光强分布。该方法弥补了结合二维偏振像差的成像模型在分析高NA成像系统轴外视场点空间像时的不足，适用于任意高NA成像系统。

主权项

1.一种分析高数值孔径成像系统空间像的方法，其特征在于，具体步骤为：步骤101、将成像物图形初始化为N×N的矩阵M，其中矩阵的元素为成像物的透射率；步骤102、对部分相干光源面进行栅格化，将每一栅格区域看作点光源，用每一区域中心点的光源的振幅和相位表示其所处栅格区域光源的振幅和相位；步骤103、选定一点光源，根据该选定点光源的入射电场和矩阵M，利用傅立叶光学理论计算成像系统入瞳上的衍射频谱在全局坐标系下的分布E^ent(α，β)，其中E^ent(α，β)为N×N的矢量矩阵，该矩阵中的每个元素均为一个3×1的矢量，表示全局坐标系中入瞳上的电场分布分量；步骤104、获取成像系统在全局坐标系下的三维偏振像差P(α′，β′)，其中P(α′，β′)为N×N的矩阵，该矩阵中每个矩阵元素为一个3×3矩阵，其元素的表示形式为：$P({\alpha }^{\prime },{\beta }^{\prime })=\left(\begin{array}{ccc}{P}_{\mathrm{xy}}({\alpha }^{\prime },{\beta }^{\prime })& P_{\mathrm{xy}}({\alpha }^{\prime },{\beta }^{\prime })& P_{\mathrm{xz}}({\alpha }^{\prime },{\beta }^{\prime })\\ P_{\mathrm{yx}}({\alpha }^{\prime },{\beta }^{\prime })& P_{\mathrm{yy}}({\alpha }^{\prime },{\beta }^{\prime })& P_{\mathrm{yz}}({\alpha }^{\prime },{\beta }^{\prime })\\ P_{\mathrm{zx}}({\alpha }^{\prime },{\beta }^{\prime })& P_{\mathrm{zy}}({\alpha }^{\prime },{\beta }^{\prime })& P_{\mathrm{zz}}({\alpha }^{\prime },{\beta }^{\prime })\end{array}\right)$P_ij(α′，β′)(i＝x，y，z；j＝x，y，z)表示入射线偏振光电场的j分量经过成像系统后变成电场的i分量的比值；步骤105、根据成像系统的衍射受限性质，确定成像系统的透过函数U，其为N×N的矩阵，且在光瞳内部的值为1，光瞳外部的值为0；利用入瞳上的频谱分布E^ent(α，β)和三维偏振像差P(α′，β′)确定成像系统出瞳上的频谱在全局坐标系下的分布E^ext(α′，β′)；其中，λ为成像系统入射光的波长，r′表示成像系统的出瞳半径，R为成像系统的缩小倍率，n_w为成像系统像方浸没液体的折射率，γ为从物面入射至成像系统入瞳的平面波的波矢量沿光轴方向的方向余弦，γ′为从成像系统出瞳入射至像面的平面波的波矢量沿光轴方向的方向余弦；步骤106、根据沃尔夫的光学成像理论，确定平面波在像面上形成的电场在全局坐标系下的分布，进而确定像面上的光强分布I(α_s，β_s)；步骤107、判断是否已经计算出光源面上所有点光源对应的像面光强分布，若是则进入步骤108，否则返回103并更新步骤103中的点光源为之前未被选定的点光源。步骤108，对所有点光源对应的像面光强分布进行叠加，确定部分相干光源对应的像面光强分布。