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《衍射光学元件在现代光学成像系统中的应用》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、第35卷第3期2009年9月延边大学学报(自然科学版)Vol.35No.3JournalofYanbianUniversity(NaturalScience)Sep.2009文章编号:100424353(2009)0320227203衍射光学元件在现代光学成像系统中的应用关立强,王翠(青岛科技大学数理学院物理系,山东青岛266061)摘要:衍射光学元件是利用表面浮雕结构对光波进行调制的元件.通过对比折射元件分析了衍射元件用于成像系统的特点,如任意相位分布、特殊色散等性质.探讨了衍射光学元件在现代成像系
2、统中的应用优势,它与折射元件相结合可以实现许多传统光学系统不能达到的目标.关键词:衍射;二元光学;成像系统中图分类号:O439文献标识码:AApplicationofDiffractiveOpticalElementsinModernOpticalImagingSystemGUANLi2qiang,WANGCui(DepartmentofPhysics,QingdaoUniversityofScience&Technology,Qingdao266061,China)Abstract:Diffract
3、iveopticalelements(DOEs)modulateopticalwavesbyvirtueofsurfacerelief.Asonekindofimagingelements,thecharactericsofDOEswereanalyzed,suchasrandomphase2distribution,particulardispersion,etc.Thepredominanceofdiffractiveopticalelementsinmodernopticalimagingsys
4、temswasindicated.Takeadvantagebothofgeometricalopticalelementsanddiffractiveopticalelements,hybridopticalsystemcanachievemanygoalsthosecannotbeattainedbytraditionalopticalsystem.Keywords:diffraction;binaryoptics;imagingsystem0引言衍射光学元件(DiffractiveOptical
5、Element,单一,如对光束的整型、分束、聚焦、增反和增透等;成像型元件主要进行成像和校正光学系统像差.在传统的几何成像过程中,光的衍射效应被认为是限制光学系统分辨率、影响像质的不利因素,长期以来衍射的应用主要在光谱分析方面.DOE)是利用表面浮雕结构对光波进行调制的一类元件,从光学原理上来说是一种衍射和干涉混合型光学元件.表面浮雕结构的每一个周期或子周期都对光产生衍射作用,同时相邻周期的衍射光又相互产生干涉作用.它包括全息光学元件(HolographicOpticalElement,HOE)、计算
6、机制全息图(ComputerGeneratedHolography,CGH)、二元光学元件(BinaryOpticalElement,BOE)、连续表面浮雕元件(ContinuousSurfaceReliefEle2ment,CSRE)等,按实际应用可分为功能型元件和成像型元件.功能型元件一般实现的功能比较[1]1871年L.Reyleigh开始制作Fresnel波带板,它是最早出现的衍射光学元件,但在当时条件下由于制作困难和衍射效率低,未得到较大地发展.1960年激光出现以后,光学全息成像重新活跃起
7、来并得到很大地发展,为衍射光学元件的发展开[2]辟了一条新途径,随后出现的计算全息、相息图等[324],奠定了衍射光学元件的设计理论和方法.20世纪70年代末80年代初,微电子领域在制作技术方面出现了突飞猛进的发展,微细加工设备和工艺不断进步,使衍射光学元件在制作技术上成为可能.80年代末由美国MIT林肯实验室的W.B.Veldkamp领导的研究组首先将制造超大规模集成电路(VLSI)的光刻技术引入衍射光学元件的制作中,提出了“二元光学”的概念[5].这种利用光刻技术,在基片表面上刻蚀形成多台阶浮雕结
8、构来逼近连续面形的衍射光学元件,称为二元光学元件.二元光学元件的诞生是衍射光学元件发展过程中具有里程碑意义的事件,它标志着衍射光学元件的发展进入一个新阶段.图1折射相位向衍射多级相位的转化衍射成像光学元件1衍射成像光学元件同折射透镜一样对入射光起到类似的相位变换作用,此即为(2)式的第一项所起的作用.比较(2)式和(3)式,可以得到衍射光学元件相应的焦距,有衍射元件的相位函数对光的相位变换作用完全等同于它所对应的折射式成像元件的相位变换作用.在设计衍射光
