矢量光場建模
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-04
矢量光場建模的實例教程
圓偏振光聚焦場光強（圖3第二行）偏振特性與線偏振相似，占主導地位的橫向分量呈現光斑形式。而呈現環狀分布的軸向分量使得光斑變大（圖5）。與線偏振不同之處在于光強分布是圓對稱的。
與線偏振光和圓偏振光對比，軸對稱矢量光束，徑向偏振光（圖3第三行）、角向偏振光（圖3第四行）的聚焦場都為中心對稱分布，但各偏振分量分布比較特殊。徑向偏振光的聚焦光斑仍為圓形，橫向分量為環形分布，軸向分量遠大于橫向分量，占主導地位，如圖6所示。同時軸向分量的半波瓣寬度遠遠小于總光強的半波瓣寬度，因此，通過一些手段,例如用高階模式徑向偏振光束照明[9]，或者結合環形光瞳濾波器[10,11]來增強軸向偏振分量，抑制橫向分量，從而得到較小的衍射光斑，在超分辨成像、激光加工等領域具有重要應用。而對于角向偏振光，聚焦光斑為純橫向分量的環形分布，如圖7所示。上述光場偏振特性都是用標量衍射積分所不能解釋的，說明在高數值孔徑系統中，矢量衍射理論才能準確描述光的傳播和聚焦特性。
4 結語
本文根據矢量衍射理論推導矢量偏振光束的聚焦光場積分表示，并采用MATLAB模擬仿真實現了聚焦光場分布的直觀顯示。基于矢量光束經透鏡聚焦的光場分布分析，在高數值孔徑系統中，矢量衍射光束聚焦場具有以下特征：
（1） 聚焦光場具有顯著的偏振特性，要用矢量衍射理論進行分析計算；
（2） 聚焦光場各偏振分量與入射光場偏振態相關，并且出現軸向偏振分量。經過高數值孔徑透鏡聚焦，光束的矢量偏振性質發生變化。徑向偏振光在焦點附近軸向分量占主導，角向偏振光保持空心場分布，不含軸向分量；
（3） 聚焦光斑受入射光偏振影響，利用矢量光束和高數值孔徑的緊聚焦特性，能實現超衍射光斑[9-11],在超分辨成像、激光加工等領域具有重要應用。
展開 對這類系統工作原理的討論必須要結合物理光學的知識，如光的電磁場表示、光的波動性、光場的疊加等。顯微系統也是組成光學測量的一個重要組成部分，課程內容中也涵蓋了高NA系統，微觀與宏觀相結合的完整系統仿真如晶圓檢測系統，摩爾紋系統等。該課程無需軟件基礎。
課程大綱
1
VirtualLab Fusion軟件介紹
光之數字模型平臺原理介紹
電磁場的表達形式
VirtualLab Fusion用戶界面的基礎操作
2
基礎知識簡介
干涉發生的條件
楊氏雙縫干涉實驗特性
激光邁克爾遜干涉--非序列追跡和參數掃描功能介紹
3
干涉測量系統建模
利用FP腔研究鈉原子D線光譜
光學相干層析掃描系統
Inces - Gaussian光束產生渦旋陣列激光光束的觀測
利用剪切干涉法的準直測量
基于菲索干涉儀的面型檢測
Mirau干涉儀
基于零位檢測的CGH設計
4
微觀與宏觀結合的完整系統仿真
結構光照明的顯微鏡系統
用于微結構晶圓檢測的光學系統
摩爾紋的仿真
展開 相應地，光柵分析必須使用基于矢量電磁場原理的方法。本課程使用光之數字模型平臺VirtualLab Fusion，介紹如何使用傅里葉模態法對光柵進行嚴格精確的仿真。課程涵蓋的光柵示例既有表面型光柵，也有全息型體光柵，例如傾斜光柵、閃耀光柵、用于光學超透鏡的Nanopillar結構等。此外還會介紹超表面的設計和參數優化和大角度超光柵仿真。該課程無需軟件基礎。
課程大綱
Course Syllabus
1
VirtualLab Fusion軟件介紹
光之數字模型平臺原理介紹
VirtualLab Fusion用戶界面的基礎操作
2
光柵仿真算法比較
薄元近似法（Thin Element Approximation）
傅里葉模態法（Fourier Modal Method）
周期單元近似法（Periodic Cell Approximation）
3
光柵嚴格分析實例
閃耀光柵
亞波長光柵與偏振轉換
體全息光柵的波長和角度選擇特性
諧振光柵耦合器
4
光柵設計與優化
傾斜光柵結構參數優化
公差分析
蛾眼抗反射結構的設計與優化
高衍射效率偏振無關光柵的優化設計
5
光柵系統級分析
晶圓檢測系統
晶圓雙面光柵圖案的成像分析
共聚焦顯微鏡檢測系統
6
超表面微納結構
超構表面偏振/波長/角度響應分析
超光柵的構建
基于神經網絡的超構透鏡設計
設計和分析超透鏡
基于超構透鏡（PCA）實現聚焦與成像
展開 先進技術與未來發展方向
面向3nm及以下節點，開發EUV非雙遠心適配模型，深化極紫外光與矢量光場耦合機制研究；結合Transformer架構與FPGA加速，實現毫秒級動態光場仿真，搭建數字孿生系統實時調整參數；跨場景拓展：拓展至生物芯片、量子芯片光刻，構建多材質適配模型，支撐全鏈路工藝優化。
二維矢量成像模型雖能滿足平面圖形的偏振態表征需求，卻因忽略深度方向光場耦合與厚掩模衍射效應，無法適配三維堆疊圖形的成像預測。三維矢量成像模型通過全空間矢量光場建模，可精準捕捉雙遠心光路下三維偏振演化與深度衍射規律，成為破解該瓶頸的關鍵。本文以零波像差雙遠心成像為視角，對比二維與三維矢量模型的適配性差異，重點聚焦三維模型的應用機理，為先進三維制程光刻精度提升提供理論支撐。
02/三維矢量成像模型在含相差物鏡中的應用
含像差物鏡下的模型差異
仿真條件與結果對比：
考慮投影物鏡F1視場點的波像差和偏振像差，對比二維與三維矢量成像模型的空間像相對強度分布差異，結果均為10-2量級。
投影物鏡示意圖
投影物鏡F1視場點波像差數據
仿真條件一（45nm線寬一維PSM掩模、X偏振照明）：最大絕對差值1.3x10-2、平均絕對值差8.4x10-3、差值均方根9.4x10-3。
二維和三維矢量成像模型仿真結果的差異
仿真條件二（接觸孔掩模、Y偏振照明）：最大絕對差值5.0x10-2、平均絕對值差2.8x10-2、差值均方根3.2x10-2。
二維和三維矢量成像模型仿真結果的差異
結論：在成像物鏡為存在像差的非理想系統時，三維矢量成像模型較二維矢量成像模型預測成像特性更精確。
特殊場景的模型差異
在某些仿真條件下（如特定偏振與掩模組合），兩模型差異可低至10-5量級（最大絕對差值1.7x10-4、平均絕對值差5.3x10-5、差值均方根7.9x10-5），但此類場景不影響“含像差時三維模型更精確”的核心結論。
仿真條件：采用L&S 掩模，中心點光源偏振照明。
展開 
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授課時間
2026/6/23（二）-6/24（三）AM 9:00-PM 16:00
授課地點
上海市嘉定區南翔銀翔路819號中暨大廈18樓1805室
課程講師
訊技光電工程團隊及資深顧問
授課時間：：2026/5/28（四）-5/29（五）（各城市并行開課）
課程時數：2天/城市
授課地點：深圳市光明區鳳凰街道尚智科技園1棟B座1503
課程講師：訊技光電工程師隊
課程費用：3600RMB/1人次
(課程包含課程材料費、開票稅金、午餐費)
課程簡介
Course Introduction
光柵是現代光學系統中最為常用的一種衍射光學元件
三維矢量成像模型通過全空間矢量光場建模，可精準捕捉雙遠心光路下三維偏振演化與深度衍射規律，成為破解該瓶頸的關鍵。本文以零波像差雙遠心成像為視角，對比二維與三維矢量模型的適配性差異，重點聚焦三維模型的應用機理，為先進三維制程光刻精度提升提供理論支撐。
三維矢量成像模型通過全空間矢量光場建模，可精準捕捉非雙遠心光路下三維偏振演化與深度衍射規律，成為破解瓶頸的關鍵。本文以零波像差非雙遠心成像為視角，對比二維與三維模型適配性，重點聚焦三維模型應用機理，為先進三維制程光刻精度提升提供支撐。
三維矢量成像模型通過全空間矢量光場建模，可精準捕捉雙遠心光路下三維偏振演化與深度衍射規律，成為破解該瓶頸的關鍵。本文以零波像差雙遠心成像為視角，對比二維與三維矢量模型的適配性差異，重點聚焦三維模型的應用機理，為先進三維制程光刻精度提升提供理論支撐。
摘 要
偏振是光的基本屬性之一，也是光學課程教學中的重點內容。但由于課時限制等原因，光學課程對于光的偏振介紹比較簡單，內容也局限于老舊內容。隨著光學的發展，矢量偏振光束由于其獨特的特性已經被廣泛的研究和應用，因此，在光學課程中引入偏振發展的前沿知識，有助于學生探索新的光學發展領域，從而激發他們的學習興趣，為推動教研融合作出積極貢獻。本文以矢量偏振光束通過高數值孔徑物鏡的衍射為例，基于矢量衍射理論和
