[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

权利要求书

1.一种软X射线-真空紫外光学系统的设计方法，其特征在于，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)

表达式(6)中，M_mnk(α_i,r_mi,r_si,l_si)和M′_mnk(α_i,r_mi,r_si,l_si)分别是光学元件i的物方和像方波像差系数；α_i和β_i分别是光线打在光学元件i上的入射角和反射角；r_mi、r_si、r′_mi、r′_si分别为光学元件i的物方和像方空间在子午和弧矢平面内的焦距；l_si和l′_si分别表示光学元件i在子午和弧矢平面内的孔径光阑在物方空间以及像方空间的位置参数；

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，

W_q＝W_q(1)+W_q(2).                           (7)

在表达式(7)中，总波像差W_q在q＝1,2,3,4,5时，分别表示系统场曲总波像差、彗差总波像差、球差总波像差、像散总波像差及畸变总波像差；其中下标中的(1)和(2)表示光学元件1和光学元件2；

步骤三：基于表达式(7)构建了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，该目标函数为

W＝μ₁W₁+μ₂W₂+μ₃W₃+μ₄W₄+μ₅W₅.                  (8)

在表达式(8)中，μ_s(s＝1,2,3,4,5)分别表示系统场曲总波像差、彗差总波像差、球差总波像差、像散总波像差及畸变总波像差的权重因子；

步骤四：应用自适应变异概率改进的遗传算法对表达式(8)进行求解，解出目标函数W在最小值情况下的光学元件1和光学元件2的曲率半径，以及光学元件1和光学元件2之间的间距。