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宽谱衍射微光学结构的设计与制作研究

作　者: 王猛
导　师: 张新宇
学　校: 华中科技大学
专　业: 模式识别与智能系统
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
分类号: TH74
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

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(Diffractive Optical Element,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-Saxton Algorithm,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。

宽谱衍射微光学结构的设计与制作研究

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