紅光高清光電存儲(chǔ)光學(xué)頭全衍射物鏡研究.pdf

1、本文設(shè)計(jì)了一種適用于紅光高清光電存儲(chǔ)（Next-Generation Versatile Disc，簡稱NVD）光學(xué)頭的新型物鏡。要求能在約3 毫米焦長處，獲得約0.5 微米尺寸的焦斑并得到高的光能利用率。基于此，本文提出了新的全衍射光存儲(chǔ)光學(xué)頭物鏡方案，通過設(shè)計(jì)和制作純相位型的衍射光學(xué)元件（Diffractive Optical Element，簡稱DOE），實(shí)現(xiàn)大容量、高密度的光電信息存儲(chǔ)和讀取。論文的主要工作包括：（一）研究適用于

2、毫米級近場衍射聚焦的DOE 設(shè)計(jì)算法，獲得DOE的相位結(jié)構(gòu)；（二）研究硅基微納光學(xué)元件的工藝技術(shù)，制作原理性的全衍射DOE 物鏡器件。
　　 由于NVD 光學(xué)頭物鏡的焦距，分布在如上所述的近場范圍內(nèi)，傳統(tǒng)的DOE 設(shè)計(jì)算法如蓋師貝格－撒克斯通算法（Gerchberg-Saxton Algorithm,簡稱GS算法）已不適用。本文對GS算法進(jìn)行了改進(jìn)，采用對衍射問題的求解更為精確的瑞利－索末菲（Rayleigh-Sommerfel

3、d）衍射積分變換取代菲涅耳（Fresnel）變換，并將其置于GS算法的串行迭代架構(gòu)之上。數(shù)值計(jì)算與仿真結(jié)果顯示，采用改進(jìn)后的算法所設(shè)計(jì)的DOE 物鏡，可以在所要求的范圍內(nèi)獲得所需的衍射聚焦效果。
　　 本文所采用的DOE 物鏡制作方法也有別于傳統(tǒng)的微光學(xué)器件工藝，不需要精密復(fù)雜的套刻操作。僅通過單步光刻和相對廉價(jià)的濕法腐蝕步驟，制作具有納米特征尺度、表面相位臺(tái)階連續(xù)分布的DOE 器件。對所制器件進(jìn)行的表面形貌測試顯示，所制作的D