衍射光学元件衍射效率的测量

根据衍射光学元件衍射效率的测量原理,建立衍射光学元件衍射效率测量的双光路装置,简要介绍了双光路测量的优点。针对衍射光学元件衍射效率的测量装置,讨论了影响衍射效率测量精度的因素,合理地选择测量装置中的针孔光阑,即可以让主衍射级次的光全部通过被探测器接收,又可以滤掉次级衍射光,保证测量结果的准确度。针对所设计研制的一个折衍射混合成像光学系统,测量了可见光波段3个激光波长的衍射效率,并对测量结果进行了模拟和分析。在473～632.8nm波段范围内任意一个波长处,衍射效率的测量结果同理论值的偏差均小于5.0%。实验证明,双光路测量装置可以用于测量衍射光学元件的衍射效率。     

一种近似矢量衍射模型在衍射微光学元件分析中的应用

标量衍射理论形式简洁，有很高实用性，但是在衍射微光学元件分析中显得模型粗糙，准确度下降。严格矢量衍射理论由于计算复杂，非常耗费时间和资源，因此也不是一种很有效的设计工具。 我们在本文中运用了一种简单的近似矢量衍射模型分析了几种典型衍射微光学元件衍射性能，此衍射模型采用了标量衍射理论和近似近场模型的结合。 TE和TM两种偏振模式均运用此近似矢量衍射模型进行了分析，我们发现此衍射模型可以得到比标量衍射理论更准确的结果，而与严格电磁场理论相比，它占用很少的计算时间。     

衍射光学元件设计参数对束匀滑衍射效率的影响

经过理论推导,分析了320 mm口径衍射光学元件在束匀滑实验中光强分布出现高级次衍射斑和元件实际衍射效率变低的原因,模拟计算得到了接近实验的光强分布。模拟分析发现:通过调整设计参数,如适当增加抽样点数,使设计时焦斑主瓣占输出计算窗口的比例减小至0.2以下,可以大大降低由于高级次衍射斑造成的衍射效率损失,控制在2%以内,使台阶分布式相位片实际衍射效率得到提高,在对口径为70及320 mm的台阶分布式相位片样品测试中得到了验证。     

A diffractive optical element for shaping arbitrary beams

A design method is presented for an optical element that shapes an arbitrary collimated beam. The optical element consists of a pair of diffractive optical elements (DOEs). The outgoing beam is also collimated, and can have any desired intensity profile. The phase functions of the DOEs are computed by minimizing an appropriate cost function under an energy conservation constraint.     

An improved vector model for analyzing the diffraction field of sub-wavelength diffractive optical elements

An improved vector model to analyze the diffraction field of sub-wavelength diffractive optical elements is proposed. Based on the pioneer model put forward by Prof. M. Mansuripur, the Fresnel formula is further applied in our work to calculate the transmitted light field. A revised model is built, the updated vector diffraction formula is deduced and a computing example is given. Compared with Mansuripur's method, our method leads to results closer to those obtained by finite-difference time domain (FDTD), which is always considered as a more rigorous algorithm. Therefore, this paper provides the practical and fast algorithm for computing the diffraction light field of sub-wavelength diffractive optical elements.     

红外折射-衍射混合光学系统的热差分析

分析了衍射光学元件在红外折射－衍射混合光学系统中的消热差特性,指出衍射光学本身对热差的贡献是微小的,但它的特殊色散特性却在红外折射－衍射混合光学系统设计中间接地以了消热差的作用。设计了适用于３～５μｍ波段的红外折射－衍射混合光学系统并进行了分析。     

衍射光学元件的效率研究

衍射光学元件的衍射效率是其在设计和应用时需要重点考虑的因素。用标量理论的方法分析可以得到较高的理论衍射效率。然而,标量理论所作的假定限制了其在高频衍射结构中分析结果的精确性,制作上的局限也降低了实际可能的衍射效率。讨论了标量分析的方法,并说明了怎样结合设计实际来实现对衍射效率的提高。     

一种通用的辐射聚焦器设计方法

本文把辐射聚焦器设计当作逆衍射问题求解，在吸收“模拟退火”思想的基础上，提出了一种通用性强、抗局部极值性好的优化算法──Ｉｍｐｒｏｖｅｄ－ＡＬＯＰＥＸ法，并就如何控制优化过程中的温度与步长两参量，进行了详细的讨论，剔除了ＡＬＯＰＥＸ法中存在的一些问题，最后比较了Ｅｒｒｏｒ－Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ法和本方法的设计结果。     

含双层衍射元件消热差长波红外光学系统设计

采用多层衍射元件是实现宽波段高衍射效率的有效方法,设计了一个含双层衍射元件-30℃～70℃消热差系统。通过合理选择衍射面的基底材料,优化衍射表面的浮雕深度,设计出红外宽波段高衍射效率的消热差光学系统。设计结果表明,在整个设计温度范围内,该光学系统成像质量良好,光学传递函数在16lp/mm时均在0.6以上。     

Pure Diffractive Multicolor Optical Fourier Transform System Design

１ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＷｉｔｈｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｔｈｅｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｏｐｔｉｃｓａｎｄｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ，ｏｐｔｉｃａｌＦｏｕｒｉｅｒｔｒａｎｓｆｏｒｍ（ＯＦＴ）ｉｓｂｅｃ...     

折衍混合单透镜的色球差校正研究

分析研究了小视场折射混合单透镜的设计中，当衍射面同时用于消色差和球差时光焦度分配的最优方案，得到了改进的光焦度分配公式，通过设计实例表明，由该改进公式可得到了较好的初始结构，能够有效地克服了衍射光学透镜校球差时产生的较大的色球差，验证了此改进公式的正确性和有效性，此改进公式对折衍混合系统的设计具有指导意义。     

用于衍射光学元件优化设计的遗传算法及其与模拟退火算法的比较

本文成功地将遗传算法运用于高维衍射位相光学元件的优化设计.并与模拟退火算法进行了比较.结果表明,该算法不仅对于二元,而且对于多元位相光学元件的优化疫计均是十分有效的.而且,它特别适用于利用光电混合处理系统进行优化计算.     

A Simple Method for Designing Diffractive Optical Elements

ＡＳｉｍｐｌｅＭｅｔｈｏｄｆｏｒＤｅｓｉｇｎｉｎｇＤｉｆｒａｃｔｉｖｅＯｐｔｉｃａｌＥｌｅｍｅｎｔｓＭ．ＺｈｏｕＤ．Ｌｉｎ（ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｆＯｐｔｉｃａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｏｎＭｉｃｒｏｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ，ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＯ...     

Diffractive Focusing of a Gaussian Beam

The problem of diffraction of a spherical wave with Gaussian amplitude distribution on two infinitesimally thin and ideally reflecting screens with apertures on an optical axis is solved within the framework of the quasi-optical approximation. It is shown theoretically and experimentally that when a Gaussian beam illuminates such a type of bicomponent diffraction system with small Fresnel numbers in a near zone of the second screen, the effect of diffractive multifocal focusing of radiation is observed. In this case, the diffraction picture from the second screen in the focal planes represents the circular nonlocal bands of the Fresnel zones with a bright narrow peak at the center, whose intensity can exceed by six times the value of the incident wave intensity. The energy efficiency of diffractive focusing of Gaussian beams by the bicomponent diffraction system can be as high as 70%. The diffractive method proposed allows the focusing of wide-aperture beams without using classical refraction elements such as lenses and prisms, and it is applicable to both low-intensity and high-power radiation.     

衍折射设计用于均匀照明的衍射光学器件

 在工艺上衍射光学元件是通过相位板来实现的,由于其多台阶化产生的不连续性,会对目标光场产生sinc调制,产生高级次衍射斑,损失了15%或者更多能量。通过对设计衍射光学器件的传统的IO迭代算法进行了研究,提出了一种与衍折射相结合的设计方法,在衍射光学器件的部分区域形成一块连续相位区域,减少了相位片台阶化区域的光强和衍射斑的强度。通过逐步变化连续相位对输出光强情况的影响的研究,可以优化相位参数,使入射到输出面的光束保证一定匀滑性的前提下,提高目标光场区域的衍射效率达到90%以上,能够满足均匀照明的要求。     

多色光大空间带宽积傅立叶变换透镜系统的设计

本文根据傅立叶变换透镜系统的像差要求，通过研究衍射器件的色差特性和初级像差特点，提出了多色光大空间带宽积的傅立叶变换透镜的系统结构。此系统采用无光焦度的衍射器件校正傅立叶变换主镜的球差，使系统得到最大空间带宽积；还采用谐衍射器件的设计方法，使系统可对多种相干光实现光学傅立叶变换。相对传统傅立叶变换系统而言，此衍射系统结构简单，性能好，可望在光学信息处理方面得到广泛的应用。     

利用二维杨-顾算法设计非对称结构衍射光学元件

杨 顾算法是一种设计衍射光学元件的相位恢复方法。在大多数文献中,主要用它来设计一维衍射光学元件和具有旋转对称结构的二维衍射光学元件,故在此称之为一维杨 顾算法。二维杨 顾算法可用来设计任意结构的二维衍射光学元件。在基于非幺正变换光学系统中,用振幅 相位恢复理论建立了二维杨 顾算法的数学模型,给出了迭代算法。利用自编的仿真程序包设计了一个具有非对称结构的衍射相位元件。     

多层衍射光学元件成像特性的研究

讨论了多层衍射光学元件的光学成像性质.给出了优化设计多层衍射光学元件最大光栅厚度的方法,分析了构成多层结构的每块单层衍射元件的衍射效率对整体衍射效率的贡献作用.在0.436～0.656 μm的可见光波段,多层衍射光学元件最低衍射效率可达到98%以上,克服了单层衍射元件偏离设计波长后衍射效率显著下降的缺点,改善了宽波段衍射效率.将多层衍射光学元件应用在折、衍射混合光学系统中能够明显提高系统的成像质量,同时使得光学系统体积减小,重量减轻,并且在某些系统中可以避免使用昂贵的特殊材料,从而可以降低光学系统的成本价格.     

Efficiency of Blazed Diffractive Optics Produced by Diamond Turning

In blazed diffractive optics produced by the diamond turning process, the finite size of the tool causes a decrease in diffraction efficiency. To analyze the influence of the tool, we evaluate first-order diffraction efficiency of periodic gratings based on the electromagnetic theory. The design indices of the diffractive optics for higher efficiency are shown. Even with the same power of diffractive optics, the efficiency differs with the front or back side of the surface. The efficiency of a diffractive-refractive hybrid lens depends on the curvature of the refractive surface.     

折衍射混合复消色差望远物镜中的色球差

一个正透镜、一个负透镜及一个衍射光学元件以不同的组合可以构成两种折衍射混合光学系统.当这两种系统消球差、彗差及复消色差后会产生不同的色球差.通过赛德尔像差理论,分析了这两种结构产生不同色球差的原因.计算表明当衍射光学元件以负透镜的平面为基底时产生的色球差为以正透镜的平面为基底时产生的色球差的7倍.对衍射光学元件以负透镜的平面为基底的情形,提出了减小系统色球差的解决办法,使系统色球差减小到0.307 mm.另外设计了一个传统复消色差光学系统,并和折衍射混合光学系统进行了比较,分析表明,衍射光学元件可代替传统光学系统中的特殊光学材料并使系统达到相同的成像质量.最后讨论了衍射光学元件的衍射效率对系统成像质量的影响.