微透镜阵列反应离子束蚀刻传递研究

提出了一种微透镜阵列复制的新方法－反应离子束蚀刻法（ＲＩＢＥ）它在工作原理和参数控制等方面较传统的蚀刻方法有很大的先进性，能够实现蚀刻过程的精确控制，本文详细阐述了反应离子蚀刻过程中的蚀刻选择性的控制方法，通过对各种蚀刻参数的控制，最终实现了微透镜阵列在硅等红外材料上面形传递的深度蚀刻，口径φ１００μｍ的Ｆ／２微透镜阵列在硅基底上的传递精度达１：１．０３，无侧向钻蚀。     

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。     

深蚀刻二元光学元件

提出一种新颖的，蚀刻位相深度超过２π的深蚀刻二元光学技术，并从理论上分析深蚀刻二元光这元件与衍射效率的关系，然后用计算机进行模拟与分析，得到深蚀刻二元光学元件特性后一些初步研究结果。     

离子束平动刻蚀工艺衍射光学元件的设计及制作

提出了一种用于制作二维光束整形衍射光学元件的新方法———离子束平动刻蚀工艺。分别介绍了利用这种新方法设计衍射光学元件的原理、设计过程以及刻蚀工艺系统的构成和掩模板的设计方法。结果表明 ,这种新的工艺方法不拘泥于圆对称系统 ,不但继承了离子束旋转刻蚀工艺的位相真正连续分布的优势 ,而且所制作出的衍射光学元件 ,即使对于半导体激光器所产生的两个方向发散角不同的激光束来说也仍然可以进行整形 ,并最终能得到矩形焦斑。这种工艺方法的理论设计也可以从二维化简为两个一维的设计 ,从而大大简化了设计计算的复杂程度     

衍射光学元件的制作和应用

衍射光学是基于光的衍射原理，利用计算机设计衍射图，并通过微电子加工技术直接在光学材料上制作表面浮雕的元件，从而能够灵活地控制波前位相和光线偏折，衍射光学在是模拟全息，计算全息图和相息图的基础上发展起来的新型光学分支，随着微电子加工工艺的革新和高性能计算机的出现，衍射光学引起广泛的关注和兴趣，其技术业已应用到各个领域之中，将着重介绍衍射光学元件的制作和复制方法以及具体的应用。     

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。     

二元光学元件衍射效率的逐层分析法研究

提出了一种有效的分析二元光学元件衍射效率的新方法－逐层分析法，并对四台阶二元器件，就蚀刻深度误差和横向对准误差对器件衍射效率的影响进行了详细的分析和讨论，证明了用该方法分析含有横向对准误差的二元光学元件的衍射效率非常简便有效。     

衍射光学元件的设计方法

衍射光学是基于光学衍射原理和利用计算机产生全息图和相息图（ｋｉｎｏｆｏｒｍｓ）以及微电子加工　　技术而发展起来的一个新的光学分支。衍射光学元件能够同时实现几种光学功能,从而实现光学元件的微型阵列化与集成化。着重介绍基于衍射标量理论、衍射光学元件的设计原理和相关的算法。通过简单的例子来说明设计的步骤和结果。     

光学元件阵列的衍射理论分析

从菲涅耳衍射理论出发,分析了光学元件阵列的衍射成像性质,求得了其点扩散函数。进一步分析了光学元件阵列的综合成像性质,得到了阵列能够成综合像的条件。由相同光学单元组成的阵列在按一定的规律排列时可以成综合像,但一般只在一对固定的共轭面上有理想的综合像,而并非对于任意位置的物均有相应的综合像。 关键词：     

入射角对双层衍射光学元件衍射效率的影响

基于单层衍射二元光学元件的相位延迟表达式,将双层衍射光学元件的衍射面用二元光学元件的台阶表面近似模拟,推导出光束斜入射时双层衍射光学元件的衍射面产生的相位延迟,揭示出含有斜入射角度的双层衍射光学元件衍射效率表达式.实例分析结果表明,双层衍射光学元件衍射效率仅在一定角度范围内对入射角的变化不敏感,当入射角度持续增大时,衍射效率随入射角的增加快速下降.当入射角从0°增大到4.5°时,衍射效率几乎没有下降;当入射角从4.5°增大到6.7°时,衍射效率开始缓慢下降到95%;当入射角从6.7°增大到9.5°时,衍射效率明显下降到80%;当入射角从9.5°增大到18°时,衍射效率快速下降到0.     

菲涅耳型衍射光学元件的研究

本文在衍射理论基础上,深入分析了菲涅耳型衍射光学元件的特性,针对连续及二元浮雕结构,建立了位相深度因子(M),波长匹配系数(α)与衍射效率的关系式,对影响衍射效率的因素进行了讨论.研究了设计与工艺的匹配问题,建立了数值孔径,最小特征尺寸与衍射效率的关系,为不同波段衍射光学元件的应用,及设计和评价衍射光学元件提供了有效的理论方法.本文最后举例分析了用于白光波前传感器中的小数值孔径微透镜列阵的性能,并对衍射效率及传递函数两个综合指标进行了测量.     

反应离子刻蚀与离子刻蚀方法的研究与比较

在制备所有的NbN超导隧道结的过程中,为了得到良好的隧道结,刻蚀是很关键的一步,我们对反应离子刻蚀(RIE)和离子刻蚀两种不同的方法进行了研究比较.通过对多层结构用三种不同的方法刻蚀,再进行SEM观察切面图像,发现离子刻蚀出来的薄膜边缘,与离子源与基片摆放的方向有很大的关系,而RIE刻蚀的结区边缘较为平缓且结果稳定,有利于我们制备更好质量的超导隧道结.     

任意点阵衍射图形的DOE优化设计

本文利用模拟退火算法对任意点阵衍射图形的纯相位衍射元件进行了优化设计,针对收敛性和收敛速率对算法进行了适当修正,取得了令人满意的计算结果。     

RIE精确传递微光学三维结构于红外材料的方法

本文对红外光学材料锗的蚀刻性能、机制进行了深入的研究,在反应离子蚀刻(RIE)实验基础上,建立了锗材料蚀刻性能与RIE工艺参量的关系,经过大量的实验,找到了稳定蚀刻速率的方法和条件,为用RIE技术形成高精度衍射微光学元件积累了实用经验.     

同时实现多角度非垂轴面均匀照明的衍射光学器件

本文利用长焦深器件设计思路,提出了通过设计衍射光学器件相位分布使得在三个垂轴面上满足均匀照明要求来间接实现非垂轴面均匀照明的设计方法,并完成了同时实现多种角度非垂轴面均匀照明的衍射光学器件设计.基于爬山法和模拟退火法相结合的混合算法,设计了器件的相位分布,在30°、45°、55°非垂轴面上光斑不均匀性分别为5.91%、4.00%、3.38%.该方法可推广至二维情形,实现任意曲面均匀照明的要求.     

氩离子刻蚀对高温超导YBCO薄膜物理特性的影响

本文研究了高温超导薄膜表面经氩离子不同程度刻蚀后其物理性能的变化,并采用离子刻蚀的方法设计制备了一个四节超导滤波器.YBa2Cu3O7-x(YBCO)薄膜表面经氩离子适当厚度刻蚀后的测试结果表明,薄膜的零电阻超导临界温度Tc随刻蚀时间适当的增加而提高,但过度刻蚀会带来电阻率的增大及转变宽度加宽.经SEM观测,刻蚀后薄膜表面的颗粒减少,趋于平整,通过XRD分析,离子刻蚀使薄膜晶格常数c发生了变化,同时测得超导薄膜的临界电流密度Jc基本保持不变.这一工作表明氩离子刻蚀对薄膜的氧含量及氧分布有一定的调控作用,并能提高薄膜的平整度,而且用此工艺制备出的超导滤波器显示出良好的微波特性,各项指标均达到了设计要求.这些研究对高温超导薄膜在微波电路中的应用提供了有利的帮助.     

DESIGNING A DIFFRACTIVE OPTICAL ELEMENT FOR CONTROLLING THE BEAM PROFILE IN A THREE-DIMENSIONAL SPACE USING THE SIMULATED ANNEALING ALGORITHM

We have designed a spatially quantized diffractive optical element (DOE) for controlling the beam profile in a three-dimensional space with the help of the simulated annealing (SA) algorithm. In this paper, we investigate the annealing schedule and the neighbourhood which are the deterministic parameters of the process that warrant the quality of the SA algorithm. The algorithm is employed to solve the discrete stochastic optimization problem of the design of a DOE. The objective function which constrains the optimization is also studied. The computed results demonstrate that the procedure of the algorithm converges stably to an optimal solution close to the global optimum with an acceptable computing time. The results meet the design requirement well and are applicable.     

锂离子束通过钠蒸汽时的中性化效率测量

本文叙述了锂离子束通过钠蒸汽时的中性化效率测量。锂离子源选用锂辉石作发射材料,中性化电荷交换系统由内径为25mm,长度约为120mm的中性化管道和钠蒸发器组成。使用复合型法拉弟筒作为探测器,测量的能量范围1—8keV,最佳中性化效率在96％—94％之间。     

利用衍射光学技术进行激光光强叠加的研究

采用模拟退火算法研究了利用衍射光学元件(DOE)进行激光光强叠加的可能性,并分析了由于蚀刻误差和入射激光束位置偏离引起的误差.数值模拟结果表明在DOE相位是16阶量化的情况下,设计误差小于1.7e-3,效率大于98.9%,可以很好地实现光束叠加功能.     

Investigation of diffractive optical element for shaping a Gaussian beam into a ring-shaped pattern

To convert a given single-mode He–Ne laser beam into a ring-shaped intensity distribution, a diffractive optical element with 16 levels was designed by YG amplitude-phase retrieval and iteration algorithm. This beam shaper is investigated experimentally and compared with the results of the computer design. The results show good conformity, and the measured diffraction efficiency is 87.2%. In addition, the diffractive effect is observed when the distance between diffractive optical element and CCD is changed.