资源描述：
《衍射微透镜列阵的研究与应用_杜春雷.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、DOI:10.13741/j.cnki.11-1879/o4.1998.03.005第3期光学技术No.31998年5月OPTICALTECHNOLOGYMay1998衍射微透镜列阵的研究与应用杜春雷周礼书邱传凯白临波王永茹邓启凌(中国科学院光电技术研究所,微细加工光学技术国家重点实验室,成都610209)摘要:本文研究了衍射微透镜列阵的设计与制作工艺方法,在此基础上研制出一系列衍射微透镜列阵,衍射效率均大于85%,在深紫外、可见及红外波前传感器中得到了成功应用。关键词:衍射透镜,衍射效率,激光直写,RIE刻蚀。Studyandapplica
2、tionofdiffractivemicrolensarrayDuChunleiZhouLishuQiuChuankaiBaiLinboWangYongruDengQiling(InstituteofOpticsandElectronics,ChinaAcademyofSciences,Chengdu610209)Abstract:Thedesign,fabricationandevaluationmethodforthediffractivemicrolensarrayhavebeenstudied,basedontheresearchac
3、hievement,aseriesofdiffractivemicrolensarrayhavebeenmanufacturedwiththediffractiveefficiencylargerthan85%,thoseelementshavebeensuccessfullyusedindifferentwavefrontsensors.Keywords:diffractivelens,diffractiveefficiency,laserdirectwrite,RIEetching.一、菲涅尔型透镜的设计[1]和其性质将发生改变。在连续型
4、衍射效率的基础上,得衍射透镜的设计要考虑到元件加工的可行性和实到二元型元件衍射效率表达式为用性,元件的最小特征尺寸必须大于加工工艺极限分辨1Msin2(ct)Z′sinc2(3)q=ZqW=2力,实际衍射效率应尽可能提高。优化设计就是选择更L2Lsin(ct)合理的元件结构参数,满足设计指标和工艺的要求,同2M其中Zq=sinc(4)L时提高元件的衍射效率。式(4)为使用波长与设计波长一致时、匹配因子M、量衍射效率是菲涅尔衍射透镜的一个重要参数,它贯化级数为L的二元型元件的衍射效率:W为由于入射波穿原理、设计、制作及应用全过程,是优化设计的依
5、据,长与设计波长不同引起的衍射效率下降的系数,其中t是质量评价的标准,在制作过程中,由它决定制作误差=m-TM。根据位相关系及菲涅尔元件的透射函数关的控制方向。而现有的衍射效率表达式(见式1),不能反映其结构参数、制作误差之间的关系,具有较大的局系,可得到衍射透镜综合焦距表达式限性。F=λ0Mf0(5)λm21Z=sinc(L)(1)由式(2)、(3)、(5)我们得到下面几点结论:如果把衍射效率当做一个设计参数来考虑,使设(1)当入射波长等于设计波长,在m级上,得到焦计、制作与测量建立起有机联系,给研究带来很大方便。点,焦距F为设计焦距f0,
6、衍效最大。我们从连续浮雕结构入手,通过建立衍射效率与透镜结(2)制作相位深度误差不影响焦点位置,但影响衍构参数及误差系数的关系,对菲涅尔型透镜元件的特性射效率。获得了深入的了解。针对透镜元件的衍射效率,引入结(3)波长改变既影响衍射效率,又影响焦点的位构参数与误差系数后,在菲涅尔型透镜元件位相函数推置,焦距与波长成反比。导的基础上,建立的衍射效率统一数学表达式为(4)位相深度因子M决定了焦点的闪耀级次,在Z2c=sinc[m-MTU](连续型)(2)不同级次上衍射,改变波长,其焦距可保持不变,因此利式中m——衍射级次;用这个特点可实现对不同入
7、射波长的光产生相同的焦M——位相深度因子(大于0的整数);点,从而达到消色差的目的。T——波长匹配系数。(5)设计时,使M>1,通过增加浮雕深度可增加横如果λ=λ0,则T=1。U为误差系数。位相深度因子向结构尺寸,从而避免最小工艺分辨力的限制。是衍射元件的一个重要结构参数,改变M,元件的结构(6)二元衍射光学元件的衍射效率取决于量化级17光学技术1998年5月2数L和位相深度因子M的比值。其中,r1=2fλ0M,等位相量化各层的位相深度用下式计典型的菲涅尔透算镜与传统的折射透l-1h1=hM,l=1,2,……L(11)镜[2]一样,也可用来L
8、图2给出衍射透镜列阵的一个设计结果。聚焦和成像。当平行光入射时,光经过透二、衍射光学元件制作工艺研究图1二元结构菲涅尔衍射透镜镜在焦点处同位相干利用光刻、刻蚀等微细
