学霸的军工科研系统

十月廿二

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第1615章 一束光的方向

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大约十分钟后,张汝宁研究团队的全体成员,当然还有栗亚波等火炬实验室方面的代表,就坐到了火炬实验室顶楼的会议室里。

常浩南站在前方的小讲台旁,眼下的乌青清晰可见,显然连日劳心费神。

好在精神相当振奋,显然心情不错。

身后占据大半面墙的显示屏上,密密麻麻的公式和符号令人望而生畏。

尽管在座的都是光学领域的资深研究员,但在面对这样一片如同迷宫般的数字和符号时,还是难免有些发怵。

当然,这也是人之常情。

数学嘛,不会就是不会。

见众人坐定,他没有任何寒暄,直接指向屏幕最上方的一个矩阵:“这个,大家想必不陌生吧”

会议室里响起一阵轻松的笑声,抹去了方才的一丝凝重。

“描述偏振像差的琼斯矩阵。”何修军推了推眼镜,应声道,“对于我们搞光学的来说,是吃饭的理论基础。”

“不错。”常浩南微微颔首,“琼斯矢量和琼斯矩阵,在部分相干成像领域确有应用。”

他的激光笔点在屏幕上:“但琼斯光瞳本身并非表达偏振像差的最佳形式。”

这些内容对于在座众人来说都不算高深,所以常浩南的语速也非常快。

“关键在于,它没有明确给出偏振像差中相位延迟和振幅极化的具体值,所以需要对琼斯光瞳进行分解。”

说到这里,他故意停顿了一下。

果然,下面很快有人接道:“传统方法是用泡利矩阵基对琼斯矩阵进行分解,得到四个复数系数。”

常浩南点点头,直接在屏幕上找到并圈出了分解结果。

“很经典的思路。”他评价道。

可紧接着又话锋一转:

“不过,这四个系数本质上是通过数学手段硬凑出来的,各自并没有非常明确的物理意义。”

张汝宁稍稍坐直身子,开口道:

“工程实践中,我们通常认为:分解结果中的a0项实部代表切趾(光强非均匀性)、虚部代表波前像差,而a1、a2、a3项的实部对应振幅极化、虚部对应相位延迟。”

常浩南并非光学工程出身,听到这个解释之后微微一愣。

然后转过身,仔细检查着屏幕上对方提到的对应关系。

片刻后,他重新面向众人:

“确实是个工程上可行的近似方法……但从严格的数学物理角度审视,数值等同并不意味着物理意义等同……更何况在泡利分解的结果里,连数值也只是近似等同,而不是严格等同。”

“张研究员,我说的应该没错吧”

“没错。”张汝宁点头,“不过数值差距很小,据我所知即便是euv光刻系统,也不会因为其中的误差而产生影响。”

常浩南摇了摇手里的翻页笔:

“问题在于,没有等价的物理意义,就根本无法对复杂偏振系统进行分析。”

这一个月里,张汝宁几乎养成了在常浩南说完话之后下意识点头的习惯。

但随即关注到了重点:

“复杂偏振系统,是指……”

“这个稍后详谈。”常浩南抬手示意随即指向屏幕上的另一个方向。

那里有一组全新的、结构更为精妙的数学表达式:

“我找到了一个新的分解途径。”

会议室里的空气仿佛凝滞了,所有人的目光都聚焦在那组陌生的公式上。

“根据极分解理论”常浩南的声音清晰而沉稳,“任何一个n阶的复矩阵,都可以被唯一地分解为一个厄尔米特矩阵和一个酉矩阵的乘积——前提是这个复矩阵是非奇异的。”

在偏振系统中非奇异矩阵意味着不能包含理想偏振器。

实际上也根本不存在这种东西。

所以条件并不难达成。

他停顿了一下,确保众人跟上思路:“幸运的是,对于描述光学系统偏振特性的琼斯矩阵,只要系统本身没有导致信息完全丢失的奇异点,它就满足这个非奇异条件。因此,这种分解是可行的,并且是唯一的……”

“……”

激光笔的光点在公式的关键部分不断跳跃。

最终指向了位于屏幕左下角的结论:

“分解的结果,可以清晰地指向五个具有明确物理意义的独立参数!”

常浩南的语气中带着十分的笃定。

“第一项,透射系数:描述光通过系统后的整体强度衰减或增益。”

“第二项,波前相位:即传统的波前像差,影响成像位置和清晰度。”

“第三项,振幅极化:描述光波电场矢量在特定方向上的强度分布变化……”

“……”

尽管他已经刻意放慢了速度,但大部分人还是只在一开始能够跟上进度。

当进行到一半的时候,多数人的眼神已经开始变得澄澈。

到最后,就只有张汝宁一人还在低头跟着演算。

他并没有理论级别的数学功底,要想从头开始完成推导肯定不行,但足够验证这个流程是否正确。

“好像……”

“确实!”张汝宁猛地抬起头,“八个复数系数被归类成五个,不光简化了结构,还分别赋予了对应的物理意义……”

其他人虽然不知道中间具体是怎么个过程,但既然两位大佬都达成了一致意见,那说明屏幕上面的结论应该是没错。

“那这样一来……”何修军的眼神逐渐亮起,“物镜组的设计,是不是就可以摆脱过去那种靠经验估算,再带入不断试错迭代的办法了”

“嗯……至少偏振像差的控制这块可以直接计算出来,能省不少功夫……”张汝宁略微抬头,在脑海里盘算了一下,“设计周期大概能缩短到原来的一半……或许三分之一左右!”

他仿佛已经看到了设计效率的飞跃。

突如其来的喜讯,让他甚至忘掉了刚才自己关注的部分。

但常浩南可没忘。

“不只是效率的问题。”常浩南脸上露出一丝更深远的笑意,“在物理上,精确描述,一般可以等同于精确控制,也就是说,我们可以在一定范围内,自由操控光的偏振形态。”

下面的一众人这会儿还在回味刚才接受的信息量,反应比平时慢了半拍。

直到大概两个呼吸过后,才有人接上常浩南的思路:“所以常院士您刚才说的复杂偏振是指……”

“传统的偏振控制,为了简化问题和兼容性,往往只利用光偏振态中非常有限的一部分信息。”

常浩南解释道:

“而基于这个理论,我们可以设计全新的多极光源,并且,不再局限于简单的x向或y向偏振,而是采用环形切向偏振!”

说着,他拿起触控笔,在屏幕上画了个示意图。

“在这种模式下,光波的电场矢量方向,会围绕光轴呈环形分布,因此它携带的信息模式,与传统线性偏振有着本质的不同。”

他看向张汝宁和何修军:“想象一下,在光刻曝光过程中,每一束光,其偏振态都承载着独特的、经过精密设计的信息,利用切向偏振的特性,结合多极光源的灵活性和新理论的精确操控能力……”

常浩南做了一个有力的手势:

“我们有可能,将光信号在曝光过程中能够携带和传递的有效信息量,提升整整一个数量级!”

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