利用二元光學(xué)技術(shù)實(shí)現(xiàn)小焦斑、長焦深的設(shè)計(jì).pdf

1、在經(jīng)典光學(xué)中，焦深和焦斑總是一對(duì)無法解決的矛盾。一個(gè)經(jīng)典光學(xué)系統(tǒng)無法同時(shí)達(dá)到長焦深、小焦斑的效果，因而在現(xiàn)在眾多激光應(yīng)用中受到了很大的制約。二元光學(xué)技術(shù)是目前國際光學(xué)討論的一個(gè)熱點(diǎn)，它是基于光波的衍射理論，利用計(jì)算機(jī)的輔助設(shè)計(jì)，用超大規(guī)模集成電路制作工藝，在光學(xué)器件表面刻蝕產(chǎn)生兩個(gè)或多個(gè)臺(tái)階深度的浮雕結(jié)構(gòu)來取代連續(xù)浮雕結(jié)構(gòu)，從而能夠?qū)⒍鈱W(xué)元件投入加工。與經(jīng)典光學(xué)相比，二元光學(xué)元件能在光波入射時(shí)調(diào)制光波波前，改變其相位，從而在輸出面得

2、到相應(yīng)的光場(chǎng)分布要求。 本論文從理論分析、計(jì)算機(jī)仿真和元件外形設(shè)計(jì)三個(gè)方面對(duì)利用二元光學(xué)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)小焦斑、長焦深的設(shè)計(jì)進(jìn)行了初步的研究，主要完成了以下工作： 首先，介紹了二元光學(xué)的產(chǎn)生及發(fā)展，和二元光學(xué)元件設(shè)計(jì)的幾種常用方法。隨后介紹了經(jīng)典光學(xué)中焦深和焦斑的矛盾問題，以及長焦深光學(xué)元件的原理以及其實(shí)現(xiàn)的各種方法，包括第一階段的改變數(shù)值孔徑方法、圓錐透鏡(axicon)方法和M.D.Levenson等人提出的相移掩模(PS

3、M)方法，第二階段德爾寧(Drunin)提出了無衍射光束(diffraction-freebeams)方法和壽查基(Sochacki)等人提出的能量守恒法等等。最后概述了目前小焦斑、長焦深光學(xué)元件的設(shè)計(jì)現(xiàn)狀。 其次，分析并討論了用二元光學(xué)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)小焦斑、長焦深的設(shè)計(jì)方法，完成了小焦斑、長焦深的二元光學(xué)元件相位函數(shù)設(shè)計(jì)程序的編寫。利用計(jì)算機(jī)仿真，對(duì)所得到的相位函數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證，得到了相應(yīng)焦深內(nèi)各個(gè)輸出平面上的光強(qiáng)分布和光斑大小。對(duì)于

4、驗(yàn)證后的二元光學(xué)元件相位函數(shù)進(jìn)行了處理，得到了相應(yīng)的表達(dá)式。 最后，本文利用ZEMAX光學(xué)設(shè)計(jì)軟件與VC++程序的外部接口，編寫了表面面形設(shè)計(jì)程序，得到了相應(yīng)相位函數(shù)的二元光學(xué)元件表面面形。對(duì)于所得到的表面面形，利用ZEMAX中的相關(guān)功能進(jìn)行性能檢驗(yàn)，檢驗(yàn)證明模擬面形與計(jì)算機(jī)仿真的結(jié)果是吻合的，驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)的二元光學(xué)元件的正確性。最后對(duì)二元光學(xué)元件的加工方法以及精度進(jìn)行了展望和討論。 本論文有機(jī)地結(jié)合了二元光學(xué)技術(shù)和小焦