宽谱衍射微光学结构的设计与制作研究

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1、华中科技大学硕士学位论文宽谱衍射微光学结构的设计与制作研究姓名：王猛申请学位级别：硕士专业：模式识别与智能系统指导教师：张新宇2011-01-18华中科技大学硕士学位论文摘要本论文基于衍射微光学原理，设计并制作了红光高清衍射物镜原理性样片及红外、THz波段的衍射波前结构，分别实现了输出面上的光强控制和相位控制。红光高清衍射物镜用于下一代红光高清光电存储系统，要求能将红光激光在3mm焦距处聚焦为0.5μm直径的焦斑。衍射波前结构要求能够产生可控的红外及THz波前，用于模拟自适应光学系统中的大气湍流。采用基于标量衍射理论的平面波角谱衍射理论设计衍射光学元件（Diffr

2、activeOpticalElement，DOE），与使用基于严格电磁波理论的矢量衍射理论设计结果相近。但设计过程更简单，数据处理量也较少。借鉴传统的衍射光学元件设计方法——盖师贝格-撒克斯通算法（Gerchberg-SaxtonAlgorithm，GS算法）的思想，将角谱衍射理论与GS算法相结合，设计了迭代角谱算法。用该算法设计了用于光强控制的红光高清衍射物镜，及用于相位控制的衍射波前结构。数值仿真结果显示，设计所得结果满足预期需要。本论文中采用的衍射微光学元件的制作方法，摈弃了传统的多步套刻的方式，而采用了单步光刻的方法，可最大限度的提高精度。在光刻时，根据所

3、制衍射微光学元件特征尺寸的大小，合理选择光刻的方式。对红光高清衍射物镜，采用了单步电子束光刻的方法，以适应其表面处的精细图形结构。对衍射波前结构，由于其面特征尺寸较大，选用了单步掩模光刻的方法。后期腐蚀中，皆采用了相对廉价的湿法腐蚀工艺，节省了器件制作费用。对所制衍射微光学元件进行表面形貌及光学性能测试显示，红光高清衍射物镜和衍射波前结构的表面均存在极精细结构，表面粗糙度都达到了光学镜面水平，初步实现了预期目的。为下一步的实用化，提供了可借鉴的理论与实验基础。关键词：衍射微光学衍射物镜波前迭代角谱算法单步光刻湿法腐蚀I华中科技大学硕士学位论文ABSTRACTInt

4、histhesis,theprinciplediffractiveobjectivelensesforRed-Laser-High-Definitionstoragesystemandthediffractivemicro-opticsstructuresforcontrollingwavefronttransmissionininfraredandTHzwavelengthrange,aredesignedandfabricatedbasedonthecomplexdiffractivemicro-opticstheory.Boththeintensityora

5、mplitudeandthephaseoflightwaveoutfromthedevicesmentionedabove,canbeprocessedefficiently.ThefabricateddiffractiveobjectivelenswillbeusedinthenextgenerationofRed-Laser-High-Definitionstoragesystem.Thebasicrequirementsfordiffractiveobjectivelensinclude:having3mmfocallengthandthenfocusing

6、redincidentbeamintoaverysmallfocalspotof0.5μmdiameter.Thediffractivemicro-opticsstructurescanbeusedtogenerateseveralwavefrontsforsimulationthelightfieldinatmosphericturbulencesoastovaluatetheimagingefficiencyofadaptiveopticalsystem.Basedontheplanarwavescalarangularspectrumdiffractiont

7、heory,severaldiffractiveopticalelements,whicharesimilartothatdesignedbythestrictelectromagneticwavetheory,aredesigned.Comparedtocommonmethod,thecurrentdesignprocessesareeasierandthentheprocesseddataisfairlysmall.Theiterativeangularalgorithmisconstructedthroughcombiningtheangularspectr

8、umdif