Влияние соотношения интенсивностей опорной и объектной волн на распределение интенсивности в формируемом с их помощью голографическом поле

Предмет исследования. Представлены результаты исследования влияния соотношения интенсивностей опорного и объектного пучков на модуляцию коэффициента пропускания синтезированных и аналоговых голограмм. Особое внимание уделено режиму формирования голограммы, при котором интенсивность объектного пучка превышает интенсивность опорного пучка (режим перемодуляции). Работа актуальна в случаях применения синтезированных голограмм в проекционной фотолитографии в глубоком ультрафиолете.

Метод. Выполнено математическое моделирование физических процессов записи и восстановления голо грамм-проекторов. Характеристический размер бинарного тестового объекта составил 80 × 80, длина волны используемого излучения 13,5 нм, размер пиксела голограммы 20 × 20, расстояние между плоскостями объекта и голограммы 20,4 мкм, угол падения плоской опорной волны 14°42′. Синтез и восстановление голограмм-проекторов выполнены в режиме перемодуляции, при различном ходе лучей в объектном пучке.

Основные результаты. Показано, что небинаризованные синтезированные голограммы всегда отображаются и восстанавливаются как квантованные голограммы с интервалом квантования, в зависимости от параметров схемы синтеза. Установлено, что влияние режима перемодуляции на качество восстановленного изображения при использовании синтезированных голограмм значительно уменьшается при использовании аналоговых голограмм, но также определяется динамическим диапазоном интенсивности объектного пучка в плоскости синтеза голограммы. Отмечено, что при синтезе голограммы влияние режима перемодуляции минимально при использовании объектного пучка, сходящегося в центре голограммы.

Практическая значимость. Выбор правильного интервала квантования и соотношения интенсивностей опорного и объектного пучков позволяет обеспечить высокое качество восстанавливаемого изображения при использовании синтезированных голограмм-проекторов Френеля в проекционной фотолитографии в глубоком ультрафиолете.

1. Maiden A., McWilliam R., Purvis A., Johnson S., Williams G.L., Seed N.L., Ivey P.A. Nonplanar photolithography with computergenerated holograms // Optics Letters. 2005. V. 30. N 11. P. 1300–4.

2. Naullenau P.P., Salmassi F., Cullikson E.M., Liddle J.A. Design and fabrication of a highefficiency extreme-ultraviolet binary phase-only computer-generated hologram // Applied Optics. 2007. V. 46. N 14. P. 2581–2585. https://doi.org/10.1364/AO.46.002581

3. Cheng Y.-C., Isoyan A., Wallace J., Khan M., Cerrina F. Extreme ultraviolet holographic lithography: Initial results // Applied Physics Letters. 2007. V. 90. N 2. P. 023116. https://doi.org/10.1063/1.2430774

4. Bay C., Hübner N., Freeman J., Wilkinson T. Maskless photolithography via holographic optical projection. Optics Letters, 2010. V. 35. N 13. P. 2230–2232. https://doi.org/10.1364/OL.35.002230

5. Гусев А.И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии. М.: Физматлит, 2007. 416 с.

6. Корешев С.Н., Смородинов Д.С., Фролова М.А. Метод увеличения глубины резкости изображений плоских транспарантов, восстановленных с помощью синтезированных голограмм // Оптический журнал. 2018. Т. 85. № 11. С. 50–57. https://doi.org/10.17586/1023-5086-2018-85-11-50-57

7. Ярославский Л.П., Мерзляков Н.С. Методы цифровой голографии. М.: Наука, 1977. 192 с.

8. Pan W. Multiplane imaging and depth-of-focus extending in digital holography by a single-shot digital hologram // Optics Communications. 2013. V. 286. N 1. P. 117–122. https://doi.org/10.1016/j.optcom.2012.09.013

9. Bianco V., Memmolo P., Leo M., Montresor S., Distante C., Paturzo M., Picart P., Javidi B., Ferraro P. Strategies for reducing speckle noise in digital holography // Light: Science & Applications. 2018. V. 7. N 1. P. 48. https://doi.org/10.1038/s41377-018-0050-9

10. Huang X., Jia Z., Zhou J., Yang J., Kasabov N. Speckle reduction of reconstructions of digital holograms using gamma-correction and filtering // IEEE Access. 2017. V. 6. P. 5227–5235. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2017.2751540

11. Castaneda R., Garcia-Sucerquia J., Doblas A. Speckle noise reduction in coherent imaging systems via hybrid median–mean filter // Optical Engineering. 2021. V. 60. N 12. P. 123107. https://doi.org/10.1117/1.OE.60.12.123107

12. Корешев С.Н., Смородинов Д.С., Никаноров О.В., Громов А.Д. Обеспечение равной интенсивности элементов изображений бинарных объектов, восстанавливаемых с помощью синтезированных голограмм-проекторов // Оптика и спектроскопия. 2013. Т. 114. № 2. С. 318–323. https://doi.org/10.7868/S003040341302013X

13. Кольер Р., Беркхарт К., Лин Л. Оптическая голография. М.: Мир, 1973. 686 с.

14. Hariharan P. Basics of Holography. Cambridge University Press, 2002. 174 p.

15. Jeong T.H. Basic principles and applications of holography // Fundamentals of Photonics. 2008. P. 381–417. https://doi.org/10.1117/3.784938.ch10

16. Seelamantula C.S., Pavillon N., Depeursinge C., Unser M. Zeroorder-free image reconstruction in digital holographic microscopy // Proc. of the IEEE International Symposium on Biomedical Imaging: From Nano to Micro (ISBI). 2009. P. 201–204. https://doi.org/10.1109/ISBI.2009.5193018

17. Castañeda R., Hincapie D., Garcia-Sucerquia J. Experimental study of the effects of the ratio of intensities of the reference and object waves on the performance of off-axis digital holography // Optik. 2017. V. 132. P. 274–283. https://doi.org/10.1016/j.ijleo.2016.12.062

18. Seelamantula C.S., Pavillon N., Depeursinge C., Unser M. Exact complex-wave reconstruction in digital holography // Journal of the Optical Society of America A: Optics and Image Science, and Vision. 2011. V. 28. N 6. P. 983–992. https://doi.org/10.1364/JOSAA.28.000983

19. Su W.-C., Huang C.-Y., Chen J.-Y., Su W.-H. Effect of recordingbeam ratio on diffraction efficiency of polarization holographic gratings in dye-doped liquid-crystal films // Optics Letters. 2010. V. 35. N 3. P. 405–407. https://doi.org/10.1364/OL.35.000405

20. Johnson S. Stephen Johnson on Digital Photography. USA, Sebastopol, CA, O’Reilly Media, Inc., 2006. 305 p.

21. Корешев С.Н., Смородинов Д.С., Старовойтов С.О., Фролова М.А. Влияние структуры объектного пучка на качество изображения, восстанавливаемого с помощью синтезированной голограммы-проектора Френеля // Оптический журнал. 2020. Т. 87. № 7. С. 41–48. https://doi.org/10.17586/1023-5086-2020-87-07-41-48

22. Корешев С.Н., Смородинов Д.С., Старовойтов С.О. Влияние метода синтеза голограмм-проекторов и распределения фазы в плоскости объекта на качество восстановленного изображения // Компьютерная оптика. 2020. Т. 44. № 2. С. 203–208. https://doi.org/10.18287/2412-6179-CO-613

23. Корешев С.Н., Смородинов Д.С., Никаноров О.В. Влияние дискретности синтезированных и цифровых голограмм на их изображающие свойства // Компьютерная оптика. 2016. Т. 40. № 6. С. 793–801. https://doi.org/10.18287/2412-6179-2016-40-6-793-801 2010, vol. 35, no. 13, pp. 2230–2232. https://doi.org/10.1364/OL.35.002230

24. Fu N., Liu Y., Ma X., Chen Z. EUV lithography: State-of-the-art review // Journal of Microelectronic Manufacturing. 2019. V. 2. P. 19020202. https://doi.org/10.33079/jomm.19020202

25. Ежова К.В. Моделирование и обработка изображений: учебное пособие. СПб.: НИУ ИТМО, 2011. 93 с.