CN1910672A - 光学系统 - Google Patents

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CN1910672A CNA2005800026161A CN200580002616A CN1910672A CN 1910672 A CN1910672 A CN 1910672A CN A2005800026161 A CNA2005800026161 A CN A2005800026161A CN 200580002616 A CN200580002616 A CN 200580002616A CN 1910672 A CN1910672 A CN 1910672A
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Abstract

本发明披露了一种包括布置在辐射束的路径中的光轴上的光学元件的光学系统。所述光学元件(2；116；202)包括一种双折射材料，并具有辐射束从其通过的非平表面(4)。所述光学系统包括一偏振控制系统，用于控制辐射束的偏振使得所述辐射束具有跨过沿垂直光轴截取的剖面(21；24)为不均匀的偏振，所述不均匀的偏振具有与所述非平表面的形状相应的分布。

Description

光学系统
技术领域
本发明涉及一种光学系统，尤其是涉及一种用于扫描光记录载体的光学系统。
背景技术
在光记录领域中，可将信息存储在光记录载体(例如致密盘(CD)或数字万用盘(DVD))的信息层上。可存储在这种光盘上的信息密度的增加可通过降低用于扫描光盘的辐射束的光斑尺寸来实现。光斑尺寸的这种降低可通过使用较短波长的射线和较高的数值孔径(NA)来实现。除了CD和DVD光盘和能够在光学载体上存储比CD或DVD高的数据密度的所谓B1ue-RayTM技术之外，当前正在开发深度紫外(DUV)射线的应用以实现更高密度的数据存储等级。
DUV射线存在于低于大约300nm的波长区域。用于在DUV光盘上记录和控制数据的光学系统要求光学系统的组成光学元件提供适用于DUV射线的高数值孔径(NA)，例如对于近似256nm的DUV射线波长的NA＝0.85。需要较高的NA使得DUV射线在DUV光盘上被聚焦成足够的尺寸和质量以精确扫描DUV盘上的数据。为了实现该较高的NA，需要通过适当的材料来制造光学元件。然而，具有足够高的折射系数以实现期望的NA和具有充分不同的光学色散以避免色差同时还是各向同性和具有适当光学透射率的材料对于DUV射线波长通常是不可获得的。
当前能够获得所需的高NA的DUV系统包括多种球形元件，包括Tropel物镜。这种系统非常昂贵并且球形元件的略微位置偏移就很容易造成其操作的中断。
对于DUV射线波长具有可接受的光学透射率的各种各向同性材料是双折射的。另外，这种双折射材料(例如，类似蓝宝石(Al2O3)的晶体材料)具有用于获得较高的NA的适当折射系数和对于DUV射线具有适当的光学色散。然而，双折射材料根据射线束的偏振分量关于双折射的轴(也称作”光轴”)的取向而以不同的方式折射射线束。对于具有任意偏振的射线束，射束的组分射线被不同的折射并因此获得不同类型的射线，称作“寻常射线”(o-ray)和“非寻常射线”(e-ray)。在光学载体扫描系统内同时出现辐射束组分射线的这种折射差是不期望的，因为焦点的像差降低了光盘上光斑的质量，结果使数据扫描不精确。
发明内容
本发明的目的是对使用DUV射线扫描光学记录载体的光学系统、尤其是包括由双折射材料形成的光学元件的那些光学系统提供改进。
根据本发明提供有一种包括布置在辐射束的路径中的光轴上的光学元件的光学系统，所述光学元件包括一种双折射材料，所述光学元件具有辐射束从其通过的非平表面，其中所述光学系统包括一偏振控制系统，用于控制辐射束的偏振使得所述辐射束具有跨过沿垂直光轴截取的剖面为不均匀的偏振，所述不均匀的偏振具有与所述非平表面的形状相应的分布。
使用如通过偏振控制系统控制的具有非均匀偏振的辐射束，光学元件中的双折射效应可被降低。这允许从双折射材料形成例如具有高数值孔径(NA)的光学元件，同时减小双折射的不期望光学效应，例如不同的折射效应。
可将本发明应用于使用光学扫描装置内的双折射光学元件来扫描光记录载体，以允许获得从光记录载体读取或写入的改进的数据信号质量。
至少表现一点双折射的光学元件对于制造来说是成本经济的；本发明允许使用这种元件同时减少双折射的有害效应。
本发明的另外的特征和优点通过仅借助示例给出的本发明的优选实施例的下述说明将变得显而易见，所述说明是参照附图做出的。
附图说明
图1表示根据本发明一个实施例的光学元件的侧剖图；
图2表示本发明的光学元件的顶视图；
图3表示对具有不均匀偏振的辐射束进行作用的光学元件的侧剖图；
图4表示根据本发明的具有不均匀偏振的辐射束的剖面图；
图5表示具有一不同非均匀偏振的辐射束的剖面图；
图6示意的表示辐射束的非均匀偏振的形成过程；
图7表示用于产生非均匀偏振的辐射束的射束源；
图8表示根据本发明实施例的一个替换的偏振控制系统的偏振元件；
图9表示根据本发明实施例的一偏振控制系统的不同偏振元件；
图10表示根据本发明一个实施例的具有非均匀偏振的辐射束的剖面图；
图11示意的表示根据本发明一个实施例的偏振系统的部件；
图12示意的表示根据本发明一个实施例的偏振系统的液晶元件的相对取向；
图13和14示意的表示通过本发明的偏振系统所执行的从辐射束的初始偏振到非均匀偏振的变化；
图15a表示根据本发明的具有均匀偏振的辐射束的剖面图；
图15b表示根据本发明的具有非均匀偏振的辐射束的剖面图；
图15c表示根据本发明的具有非均匀偏振和相位修改的辐射束的剖面图；
图16表示根据本发明一个实施例的相位修改元件；
图17示意的表示根据本发明的用于扫描光记录载体的光学系统；
图18示意的表示根据本发明的光学系统的光学元件的操作。
具体实施方式
图1表示本发明的光学系统的光学元件2的侧剖图。光学元件2被布置在光轴OA上。在本实施例中，所述光学元件是具有以光轴OA为中心的球面形状的光学透镜2。光学透镜2具有非平表面入射面4和平面出射面5。入射面4具有关于光轴OA旋转对称的球面曲率。光学透镜2包括对于具有近似为200-300纳米的波长的深度紫外线(DUV)射线透明的材料。在本示例中，光学透镜2是由结晶蓝宝石(化学式Al2O3)形成的，其是双折射的并且折射系数n近似为1.85。双折射AB的轴(也称作光轴)平行于光轴OA。
图2表示线性、均匀偏振的DUV射线束沿光轴OA传送的光学透镜2的顶视图。其中示出了均匀偏振的射线束的三个典型(第一、第二和第三)的组分射线6、7、8。注意辐射束的每个组分射线(其可例如具有平面或球面波前)根据组分射线到达和通过非平表面4的特定位置而被不同的折射。
还是参照图1，第一典型组分射线6(其代表射束中的大部分射线)在一特定位置到达入射面4使得射线的线性偏振对于光学透镜2的圆周3被部分径向和部分切向的取向。因此第一典型射线6不但具有切向偏振分量9而且具有径向偏振分量10，它们彼此垂直。切向偏振分量9按照第一折射系数n1进行折射以产生o射线11。径向偏振分量10按照第二折射系数n2进行折射以产生e射线12。因此第一分量射线6产生o射线和e射线的混合。e射线是不按照斯涅尔折射定律的折射而产生的。
第二典型分量射线7在一特定位置到达入射面4使得射线的线性偏振对于光学透镜2的圆周3被径向取向。该径向取向导致按照光学透镜2的第二折射系数n2进行折射的第二分量射线7以产生非寻常射线(e射线)。e射线具有一个定向传播路径，该路径从产生所述分量射线(在该情况中为第二分量射线7)的传播路径的角度偏移。
第三典型分量射线8以一特定位置到达入射面4使得射线的线性偏振对于光学透镜2的圆周被切向取向。该切向取向导致按照光学透镜2的第二折射系数n1进行折射的第三分量射线8以产生一寻常射线(o射线)。o射线具有与产生所述分量射线(在该情况中为第三分量射线8)的传播路径一致的定向传播路径。
到达光学透镜2的辐射束具有一个辐射场。该辐射场可由下式表示：
E → = E 0 x ^ - - - ( 1 )
其中
Figure A20058000261600072
是辐射场，E0是辐射场的强度，而
Figure A20058000261600073
是与辐射场的偏振一致的方向上的单位向量。
图3示意的表示对沿光轴OA传送的不同DUV辐射束的第四典型分量射线13和第五典型分量射线14起作用的光学元件2的侧剖图。仅仅为了方便的原因，所述第四和第五分量射线13、14由相同的附图示出。
图4表示根据本发明一个实施例的具有不均匀偏振的DUV辐射束的剖面图。在该示例中，不均匀偏振基本上是切向偏振。沿光轴OA传送的辐射束具有沿垂直于光轴OA截取的圆剖面21。偏振的切向分布跨过剖面21是不均匀的，并且与光学透镜2的球面形状相应。剖面21被分割成多个扇区22，如图4所示。辐射束的切向偏振在每个这种扇区22中包括一个切向偏振分量23。不同的切向偏振分量23在所述扇区22的至少一些中的一不同方向上被对齐。在绕光轴OA的一整转中，所述辐射束具有一个基本切向的形式，该形式整体绕光轴OA是旋转对称的。通过基本上切向的偏振，意味着每个切向偏振分量23近似正切于以光轴OA为中心的圆。
再参照图3，沿光轴OA传送并具有与使用图4所示类似的基本上切向的偏振的辐射束包括四个典型分量射线13。第四典型分量射线13以不垂直于入射面4的角度进入光学元件2的入射面4。光学元件2由于辐射束的切向偏振而使第四典型分量射线13通过第一折射角α按照第一折射系数n1进行折射。第四典型分量射线13的切线偏振方向17存在于垂直于光轴AB的平面内。这确定折射的第四典型分量射线13基本上是纯粹的o射线，并且没有或者至少一减少数量的e射线被产生。
图5表示根据本发明一不同实施例的具有不同非均匀偏振的辐射束的剖面图。在该示例中，不均匀偏振是基本上为径向的偏振。沿光轴0A传送的辐射束具有沿垂直于光轴OA截取的圆形剖面。偏振的径向分布跨过剖面24是不均匀的，并且与光学透镜2的球面形状相应。剖面24可被分割成多个扇区26，如图4所示。辐射束的径向偏振在每个这种扇区26中包括一个径向偏振分量28。不同的径向偏振分量28在所述扇区26的至少一些中的一不同方向上被对齐。在绕光轴OA的一整转中，所述辐射束具有一个基本径向的形式，该形式整体绕光轴OA是旋转对称的。通过基本上径向的偏振，意味着每个径向偏振分量28近似与以光轴OA为中心的圆的半径一致。
再参照图3，一沿光轴OA传送并具有与使用图5所示类似的基本上径向的偏振的不同辐射束包括四个典型分量射线14。第五典型分量射线14以不垂直于入射面4的角度进入光学元件2的入射面4。光学元件2由于径向偏振而使第五典型分量射线14通过第二折射角β按照第一折射系数n2进行折射。第五典型分量射线14的径向偏振方向20存在于与光轴AB和射线在光学元件2内的传播方向基本一致的平面内。这确定折射的第五典型分量射线14基本上是纯粹的e射线，并且没有或者至少一减少数量的o射线被产生。该e射线的产生是由于不符合斯涅尔折射定律的折射。
图6示意的表示具有切向偏振30的辐射束的形成过程。
可使用辐射束的不同横向模式(TEM)来形成具有不均匀偏振的辐射束。表达式(2)表示可被看作是水平偏振TEM01模式34和垂直偏振TEM10厄密高斯模式36的和的TEM01Hermite-Gaussian模式。
图7到14表示根据本发明实施例的用于产生偏振分布的各种可替换偏振控制系统。在每种情况下的偏振控制系统控制辐射束的偏振使得辐射束具有切向偏振。对于所述的本发明的所有实施例，辐射束都具有在近似200-300纳米范围内的波长。
图7示意的表示可在本发明一个实施例中使用的辐射束源37，其使用图6中所示的用于产生具有不均匀偏振的辐射束的方案。所述附图和下述说明是基于这样的参考文献：R.Oron，S.Blit，N.Davidson，A.A.Friesem著的“The formation of laser beams with pureazimuthal or radial polarization”(Appl.Phys.Lett.77(21)(2000))。
辐射束源37包括带有后反射镜38和前反射镜39的激光腔，其是用于辐射束的输出耦合器。前反射镜39对于特定波长的射线具有预定的光学透射率。增益介质40产生特定波长的射线。该射线由前反射镜39反射并沿光轴OA和通过孔径42传播，所述孔径42用于产生对准的辐射束。所述对准的辐射束具有通过双折射射束置换器43修改的任意偏振。
双折射射束置换器43将对准的辐射束分割成具有垂直线性偏振44的辐射束和具有水平线性偏振45的辐射束。具有垂直线性偏振44的辐射束的传播方向被从光轴OA角度偏移。一个组合的不连续相位元件46修改水平和垂直线性偏振的辐射束44和45。
所述组合的相位元件46包括一第一不连续相位元件，其把垂直偏振的TEM10厄密高斯模式47引入为具有垂直偏振的辐射束。所述组合的相位元件46还包括一第二不连续相位元件，其将水平偏振的TEM模式48引入为具有水平偏振的辐射束。所引入的TEM模式47、48都类似于使用图6所述的用于形成切向偏振的辐射束的那些模式。
后反射镜38将具有垂直偏振的TEM10厄密高斯模式47的辐射束和具有水平偏振的TEM01模式48的辐射束都朝向双折射射束置换器43反射回来，所述双折射射束置换器对偏振的辐射束47、48进行再组合以形成具有基本上为切向的偏振49的辐射束。因为在具有垂直偏振的TEM10厄密高斯模式47的辐射束和具有水平偏振的TEM01模式48的辐射束的双折射射束置换器的光路长度之间存在差，所以在后反射镜38和双折射射束置换器43之间放置有一个对准板50，其用于补偿该光路长度差。然后通过射束源37沿光轴OA使其通过前反射镜39来发射基本上为切向偏振的射束49。
图8表示根据本发明另一个实施例的一个替换的偏振控制系统。在该实施例中，所述偏振控制系统包括一第一偏振元件，其是半波板54并且沿光轴OA布置。半波板54以光轴OA为中心并且包括多个不同的部分55。每个部分55近似是以绕光轴OA的扇区55的形式并且被布置成以不同的方式修改沿光轴OA传播的辐射束的偏振。优选的，有至少四个径向扇区55，每个扇区与半波板54成均等比例。每个扇区55具有取向不同的偏振轴53。在本实施例中有四个扇区55。
本实施例中的辐射束被初始不均匀的偏振并且具有为水平取向的线偏振。半波板54被布置在光学系统中使得偏振轴53不同的修改辐射束的水平和线性、不均匀偏振的区域以形成基本上为切向的、不均匀偏振的辐射束。
图9表示根据本发明再一个实施例的替换的偏振控制系统。在该实施例中，使用了包括一子波长光栅56的偏振元件。光栅56包括多个交替弯曲的金属条57和狭缝58，它们绕光轴OA被近似径向的布置。金属条57和狭缝58在垂直于光轴OA的子波长光栅56的平面内弯曲。每个金属条57和每个狭缝58的宽度小于辐射束的波长，所述宽度是在垂直于从光轴OA开始的一个半径的方向上得到的。在该实施例中，所述辐射束初始具有一圆形的、不均匀的偏振，其通过子波长光栅56被修改成基本上为切向的、不均匀的偏振。
图10表示使用图9的偏振元件产生的具有切向、不均匀偏振的修改辐射束的剖面图。切向偏振的切向偏振分量的取向在图10中由绕光轴OA的箭头59指示。借助参考文献：“Pancharatnam-Berry phasein space-variant polarsation-state manipulatios withsubwavelength gratings”(Ze’ev Bomzon，V.Kleiner，E.Hasman著，Opt.Lett26(18)(2000))，这里包括了关于使用这种子波长光栅产生非均匀偏振辐射束的另外的信息。
在本发明的另一个实施例中，所述偏振控制系统包括一第一偏振元件和一第二偏振元件。所述第一偏振元件是类似于前面实施例的半波板54的半波板，而第二偏振元件是类似于前面实施例的子波长光栅56的子波长光栅；该类似半波板和光栅的特征的相应说明也适合于此。在该实施例中，半波板被布置成将圆形、不均匀偏振改变成中间偏振。辐射束的中间偏振包括水平和垂直偏振分量，它们具有与基本切向的、不均匀偏振的辐射束的切向偏振分量近乎类似的分布。子波长光栅被布置成将中间偏振改变成辐射束的基本上为切向的、不均匀的偏振。该具有切向偏振的辐射束的强度比通过前面实施例的子波长光栅56产生的切向偏振辐射束的强度近似大50％。
图11示意的表示根据本发明又一个实施例的偏振控制系统的部件。在该实施例中，所述偏振控制系统包括一线性液晶元件阵列。所述偏振系统是对于紫外射线，尤其是例如射线束不透明和光学透明的液晶单元72。液晶单元72分别包括第一和第二不同的对准板60、62。所述第一和第二对准板60、62沿光轴OA彼此对齐并且通过一预定空间63而彼此分隔开。所述液晶元件阵列填充该空间63并位于与第一板60的内表面65和第二板62的内表面66接触。第一对准板60被布置成与其内表面接触的线性液晶元件对齐以形成一系列同心圆64。第二对准板62被布置成使得与其内表面66接触的线性液晶元件对齐以形成一系列平行线68。
图12示意的表示液晶单元72的液晶元件的相对取向。所述液晶元件具有不同径向和/或轴向取向的构成。所述液晶单元被布置在通过第一和第二对准板60、62的中心的光轴OA。图12为沿光轴OA从第一对准板60的内表面65向第二对准板62的内表面66看去的示意图。第二对准板62被布置成平行线68是水平的。如上所述，所述液晶元件被布置在第一对准板60的内表面65上以形成同心圆64，即图12中所示的最外侧圆。沿平行光轴OA的方向，所述液晶元件具有不同的径向取向使得从带有同心圆64的对准板到平行线68的对准板液晶元件具有平滑的旋转过渡70。
图13和14示意的表示通过如早先所述布置的液晶单元72所执行的从辐射束的初始偏振到非均匀偏振的变化。
在图13中，所述辐射束具有为水平线性的、均匀的偏振74的初始偏振。辐射束沿光轴OA传播并且液晶单元72将水平线性偏振74改变成不均匀偏振，所述不均匀偏振在本示例中为基本上切向的偏振76。液晶单元72被布置成使平行线78垂直并且辐射束在到达第一对准板60的同心圆64之前到达第二对准板66的平行线78。所述在第一和第二对准板60、62之间具有平滑旋转过渡的液晶元件阵列使辐射束的不同区域的线性偏振的水平取向被旋转。
在图14中，所述辐射束具有为垂直线性和均匀的偏振78的初始偏振。辐射束沿光轴OA传播并且液晶单元72将垂直线性偏振78改变成不均匀偏振，所述不均匀偏振在本示例中为基本上切向的偏振80。液晶单元72被布置成使平行线78垂直并且辐射束在到达第一对准板60的同心圆64之前到达第二对准板66的平行线78。所述在第一和第二对准板60、62之间具有平滑旋转过渡的液晶元件阵列使辐射束的不同区域的线性偏振的垂直取向被旋转。借助参考文献“Linearlypolarized light with axial symmetry generated by liquid-crystal polarization converters”(M.Stalder，M.Schadt著，Opt.Lett.21(23)(1996))，将关于通过液晶阵列改变辐射束的偏振的另外的信息包括在本文中。
图15a表示根据本发明的具有均匀偏振的辐射束的剖面图。
图15b表示根据本发明的具有非均匀偏振的辐射束的剖面图。
图15c表示根据本发明的具有相位修改的非均匀偏振的辐射束的剖面图。
对于所有图15a-15c，辐射束都是沿光轴OA传播，所述光轴存在于辐射束的剖面中心。为了有助于说明，所述剖面被显示在一对垂直轴82、84上。射束剖面是圆形的、旋转对称的并且垂直光轴OA。
参照图15a，如先前所述的具有均匀偏振(例如本发明一个实施例的初始偏振)的辐射束的剖面86在剖面86的中心具有高辐射强度的区域88。
参照图15b，具有例如由先前实施例的半波板54、子波长光栅56或液晶单元72产生的切向、非均匀偏振的辐射束的剖面90在剖面90的中心处具有低辐射强度的区域92。该低强度区域92由高辐射强度的环形区域包围。该低辐射强度的区域92是由于辐射束绕光轴OA的一整转引入相位奇异点(singularity)产生的。在本发明的光学系统中使用具有该相位奇异点的切向偏振辐射束将导致在会聚辐射束时产生的焦斑的像差。
图15c表示具有切向非均匀偏振的辐射束的剖面图96，其中相位奇异点被除去。在剖面96的中心，有一个高辐射强度区域98，其与图15a的均匀偏振的辐射束的剖面的高辐射强度的区域88相似。为了除去相位奇异点，将相位修改引入到辐射束中。下列表达式代表具有引入的相位修改的辐射束：
E → = E 0 ( cos ( φ ) y ^ + i sin ( φ ) x ^ . e iφ - - - ( 2 )
其中
Figure A20058000261600132
是沿第一轴82的单位向量， 是沿垂直第二轴的单位向量，φ是角极坐标。
图16示意的表示根据本发明一个实施例的相位修改元件。布置相位修改元件以将相位修改引入到具有相位奇异点的辐射束中。本实施例中的相位修改元件是对辐射束加入相位因数eiφ以除去相位奇异点的相位板99。相位板99是圆形的并且被居中的布置在光轴OA上。径向厚度从最小厚度101到最大厚度104绕光轴OA旋转的以恒定速率增加。最小厚度101和最大厚度104分别对应于辐射束的最小和最大光路长度。最小厚度101和最大厚度104通过在平行光轴OA的方向上具有高度h的径向台阶连接起来。高度h被确定使得最小光路长度和最大光路长度之间的光路差是辐射束的一个波长，在本示例中优选的为256纳米。其对应于一个相位循环的辐射束，即2π相位步幅的辐射束。
图17示意的表示根据本发明的用于扫描光记录载体的光学扫描装置。所述光学扫描装置包括本发明的光学系统的一个实施例。该光学扫描装置的元件和系统类似于早先根据本发明的实施例所述的元件和系统。对于这种元件或系统，此处所使用的相关参考符号被增加200；这种元件或系统的相应先前说明也应该适用于此。
沿着光轴OA布置射束源102，所述射束源产生具有优选近似为256纳米波长并具有圆形、均匀偏振的辐射束103。在该示例中，射束源102是一个激光器。偏振系统将圆形的偏振改变成基本上切向的、非均匀的偏振。所述偏振系统包括一个与使用图8所述类似的半波板254，其将辐射束103的圆形偏振改变成中间偏振，所述中间偏振包括具有与切向偏振辐射束的切向偏振分量近似类似分布的偏振分量。所述偏振系统还包括与使用图9所述类似的子波长光栅256，其用于将中间偏振改变成基本上切向的、非均匀偏振。相位修改元件是与使用图16所述类似的相位板299，其用于对切向偏振的辐射束加入相位因数以便除去辐射束的相位奇异点。聚焦系统105包括Burried SchwarzschildObjective(BSO)透镜106，其利用反射折射设计并且包含一非球面反射镜107。BOS透镜106由石英形成并且在该示例中具有近似0.65的NA。所述聚焦系统还包括一类似于使用图1所述的光学透镜202。本实施例中的光学透镜是双折射半球透镜。聚焦系统105将切向偏振的辐射束在光记录载体(例如光盘)的信息层108上会聚成焦斑109。关于辐射束的切向偏振的光轴OA的整转对应于绕光轴OA的光学透镜202的圆形。这确保切向偏振的辐射束的分量射线在该情况中只产生o射线而不产生e射线，如前所述。因此焦斑109并不会由于光学透镜202的双折射而受到像差的影响并且是高质量的。在将辐射束会聚到光盘的信息层108上之后，辐射束沿光轴OA被反射回来并且被选择反射镜111反射给检测和跟踪系统112。检测和跟踪系统112接收反射的辐射束并解析由反射的辐射束所承载的信息层108的数据。另外检测和跟踪系统112识别焦斑109与信息层108的轨迹的任何对齐错误。
图18示意的表示根据本发明的光学系统的不同实施例的光学元件的操作。一双折射物镜114和一类似于前述实施例的双折射半球透镜的双折射半球透镜116被沿光轴OA布置并且形成用于扫描光记录载体(例如，光盘)的光学扫描装置的聚焦系统。双折射物镜114由蓝宝石(Al2O3)形成，关于光轴OA是旋转对称的并且具有球形曲面115。曲面115的曲率充分的低以获得制造质量可接受的公差。曲面115使用由具有近似1.513的高折射系数的硅橡胶形成的非球面层118覆盖。双折射物镜114具有近似1.1的NA和大约1.6毫米的入瞳直径。具有基本上为切向的偏振的辐射束包括多个沿光轴OA传播的分量射线120，所述分量射线被双折射物镜114和双折射半球透镜116会聚成焦斑122。焦斑122与前面实施例类似的具有高质量，因为切向偏振的辐射束的分量射线120在双折射半球透镜116中只产生o射线。光学透镜116和光盘的基底层(未示)之间的沿光轴OA的距离被确定为至多近似于辐射束的一个波长，在该示例中近似为256纳米。
如果双折射物镜114替换为由石英形成，则物镜将具有近似0.9的较低NA并且在本实施例的光学扫描装置中将不会使用充分高的NA。
借助于图7-10和图15-18，所述的本发明的元件和实施例是以具有基本上为切向的偏振的辐射束的非均匀偏振发生作用的。在本发明的另外的实施例中，借助于图7-10和图15-18，所述的元件和实施例被不同和适当的布置以便通过为基本上径向偏振的辐射束的非均匀偏振发生作用。上面的实施例应理解为本发明的示意实例。还设想了本发明的另外的实施例。
还设想本发明的光学系统的元件可由替换的材料来形成。例如，可使用具有比蓝宝石高的折射系数的不同双折射材料来形成双折射物镜和双折射半球透镜。
另外还设想所述光学系统可包括用于产生非均匀偏振的辐射束(例如具有切向偏振或径向偏振)的不同偏振控制系统。
此外设想一个实施例的液晶元件的液晶元件可具有不同的轴向和/或径向取向以便改变辐射束的偏振。
对于本发明的一个实施例所述的相位板可替换为一个用于将相位修改引入到辐射束中的不同相位修改元件。
本发明实施例的聚焦系统包括含有一个或多个双折射物镜、双折射半球透镜和BSO透镜的光学元件。设想在根据本发明的光学系统的这样一个聚焦系统中包括可替换的光学元件。
在上述的实施例中，本发明实施例的光学系统的元件被设计成对具有200纳米和300纳米之间的波长的DUV辐射束进行正确作用。然而，设想本发明可应用于其中双折射元件(具体说是透镜元件)具有辐射束从其通过的非平表面折射表面的任何光学系统。
应该理解，关于任何一个实施例所述的任何特征可单独使用，或者可与所述的其它特征结合使用，并且还可与任何其他实施例的一个或多个特征或者任何其他实施例的任意组合结合使用。另外，在不脱离所附权利要求所定义的本发明的范围的情况下还可利用上面未说明的等价内容和修改。

Claims (17)

1.一种光学系统，包括布置在辐射束的路径中的光轴上的光学元件，所述光学元件(2；116；202)包括一种双折射材料，所述光学元件具有辐射束从其通过的非平表面(4)，其中所述光学系统包括偏振控制系统，用于控制辐射束的偏振使得所述辐射束具有跨过沿垂直光轴截取的剖面(21；24)为不均匀的偏振，所述不均匀的偏振具有与所述非平表面的形状相应的分布。
2.根据权利要求1所述的光学系统，其中在所述剖面的多个扇区(22)中，射束的偏振具有基本上为切向的偏振，所述基本上为切向的偏振在所述扇区(22)的至少一些中的一不同方向上对齐。
3.根据权利要求1所述的光学系统，其中在所述剖面的多个扇区(26)中，射束的偏振具有基本上为径向的偏振，所述基本上为径向的偏振在所述扇区(26)的至少一些中的一不同方向上对齐。
4.根据权利要求2或3所述的光学系统，其中所述非平表面的形状关于光轴(OA)是旋转对称的。
5.根据前述任何一个权利要求所述的光学系统，其中所述光学系统包括基本上平行于所述光轴(OA)的光轴(AB)。
6.根据前述任何一个权利要求所述的光学系统，其中所述偏振控制系统包括第一偏振元件(54；254)，其包括多个不同的部分(55)，其中每个部分被布置以不同的修改辐射束的偏振。
7.根据权利要求4所述的光学系统，其中所述第一偏振元件包括布置在围绕所述光轴的扇区中的至少四个部分。
8.根据前述任何一个权利要求所述的光学系统，其中所述偏振控制系统包括液晶元件阵列，其中所述液晶元件具有不同径向和/或轴向取向的构成。
9.根据前述任何一个权利要求所述的光学系统，其中所述偏振控制系统包括这样一种偏振系统，其被布置以将辐射束的初始的、基本上均匀的偏振改变为所述非均匀的偏振。
10.根据权利要求7所述的光学系统，其中所述初始偏振是线性偏振。
11.根据权利要求7所述的光学系统，其中所述初始偏振是圆偏振并且所述偏振控制系统包括：
-第一偏振元件(54；254)，其被布置用于将所述圆偏振改变为中间偏振；和
-第二偏振元件(56；256)，其被布置用于将所述中间偏振改变为所述非均匀偏振。
12.根据权利要求9所述的光学系统，其中所述第二偏振元件是光栅。
13.根据前述任何一个权利要求所述的光学系统，其中所述光学系统包括相位修改元件(99；299)，所述相位修改元件被布置以在辐射束中引入相位修改。
14.根据权利要求12所述的光学系统，其中所述辐射束基本为一个波长，并且所述相位修改基本为所述波长的一个相位循环。
15.根据前述任何一个权利要求所述的光学系统，其中所述辐射束是紫外线辐射束。
16.根据前述任何一个权利要求所述的光学系统，其中所述光学元件是一个透镜元件。
17.一种用于扫描光学记录载体的光学扫描装置，所述光学扫描装置包括根据前述任何一个权利要求所述的光学系统。
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