用于并行激光直写的连续深浮雕衍射透镜阵列研究

研究了一种用于并行激光直写的连续深浮雕衍射透镜阵列方法.该方法采用连续浮雕衍射透镜阵列替换传统并行激光直写中的物镜阵列,在兼顾系统分辨力基础上,克服了波带片等衍射透镜阵列衍射效率低的缺点;同时因采用深浮雕结构优化环带宽度,可降低阵列的制作难度.针对并行激光直写系统阵列F/#小的特点,在建立连续深浮雕衍射透镜阵列非旁轴近似聚焦模型基础上,设计、制作和测试了波长为441.6 nm,F/#为7.5的连续深浮雕衍射透镜阵阵列.测试结果表明:该阵列的衍射效率优于70%,远高于波带片阵列的40%.     

紫外衍射微透镜阵列的设计与制备

为了提高紫外焦平面阵列的填充因子,可以通过微透镜阵列与紫外焦平面阵列的集成,以改善紫外焦平面阵列的探测性能。根据标量衍射理论设计了用于日盲型紫外焦平面阵列的128×128衍射微透镜阵列,其工作中心波长为350nm,单元透镜F数为F/3.56。采用组合多层镀膜与剥离的工艺方法制备了128×128衍射微透镜阵列,对具体的工艺流程和制备误差进行了分析,测量了衍射微透镜阵列的光学性能。实验结果表明:衍射微透镜阵列的衍射效率为88%,与理论值95%有偏差,制备误差主要来自对准误差和线宽误差。紫外衍射微透镜阵列具有均匀的焦斑分布,与紫外焦平面阵列单片集成能较好地改善器件的整体性能。     

用于并行激光直写的连续深浮雕衍射透镜阵列研究

研究了一种用于并行激光直写的连续深浮雕衍射透镜阵列方法.该方法采用连续浮雕衍射透镜阵列替换传统并行激光直写中的物镜阵列,在兼顾系统分辨力基础上,克服了波带片等衍射透镜阵列衍射效率低的缺点|同时因采用深浮雕结构优化环带宽度,可降低阵列的制作难度.针对并行激光直写系统阵列F/#小的特点,在建立连续深浮雕衍射透镜阵列非旁轴近似聚焦模型基础上,设计、制作和测试了波长为441.6 nm,F/#为7.5的连续深浮雕衍射透镜阵阵列.测试结果表明：该阵列的衍射效率优于70%,远高于波带片阵列的40%.     

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.     

激光直写制作的小F数连续浮雕衍射透镜轴向聚焦特性分析

为确定卷积效应以及深度制作误差对小F数连续浮雕衍射透镜(DOE)轴向聚焦特性影响,基于瑞利-索末菲衍射理论建立了激光直写制作的连续浮雕衍射透镜非旁轴近似轴向光强分布模型.该模型考虑了连续浮雕衍射透镜的轴向衍射聚焦特性与透镜结构参数、写入光斑尺寸和扫描间距以及深度制作误差的关系,克服了傍轴近似条件下传统模型的不精确性.为验证模型的正确性,用激光直写制作了设计波长为441.6 nm,F数为4以及相位匹配因子为3的连续浮雕衍射透镜,并测试了波长441.6 nm激光入射时透镜的轴向聚焦特性.实验与分析表明,该模型分析结果与实验测试结果符合,从而证实模型的有效性,为激光直写制作的小F数连续浮雕衍射透镜的应用提供了理论依据.     

多层膜劳厄透镜对8keV X射线的聚焦性能模拟研究

基于多层膜技术的劳厄(Laue)透镜能实现硬X射线纳米级聚焦,在X射线微纳分析领域具有重要的应用前景.基于衍射动力学理论,分析了X射线在多层膜劳厄透镜中的传播,计算了不同结构的多层膜劳厄透镜对8 keVX射线的聚焦性能.结果表明,最外层厚度为5 nm的倾斜多层膜劳厄透镜可获得5.7 nm的聚焦光斑和26%的平均衍射效率...     

光栅衍射法测量微透镜列阵焦距时产生的光斑干扰分析

基于光栅衍射的转角法无需转动光管,与传统的转角法相比具有较高的测量效率.而微透镜阵列元件子单元数众多,利用该方法进行测量时,光栅的各级衍射斑可能发生干扰,影响测量精度甚至无法进行测量.利用Matlab软件模拟分析测量过程中子单元光栅0级和±1级衍射光斑间的干扰,通过分析测量光源波长、光栅周期、微透镜阵列的子孔径和焦距,...     

飞秒激光和酸刻蚀方法制作凹面微透镜阵列

基于飞秒激光光刻技术和氢氟酸对光学玻璃的刻蚀,在K9光学玻璃表面制作了凹面微透镜阵列,并且可以以此为模板实现凸微透镜阵列的大量复制.用相位对比显微镜和扫描电子显微镜分析了微透镜阵列的表面轮廓,测试了微透镜阵列的光学衍射特征.该方法简单、透镜参量可控,制作的微透镜阵列能够用于分光、光束匀化、并行光刻等强激光领域.     

飞秒激光和酸刻蚀方法制作凹面微透镜阵列

基于飞秒激光光刻技术和氢氟酸对光学玻璃的刻蚀,在K9光学玻璃表面制作了凹面微透镜阵列,并且可以以此为模板实现凸微透镜阵列的大量复制.用相位对比显微镜和扫描电子显微镜分析了微透镜阵列的表面轮廓,测试了微透镜阵列的光学衍射特征.该方法简单、透镜参量可控,制作的微透镜阵列能够用于分光、光束匀化、并行光刻等强激光领域.     

中波红外微型静态傅里叶变换光谱仪的设计与分析

提出一种基于微光学元件的空间调制微型傅里叶变换红外光谱仪,通过引入红外微结构衍射光学元件、多级微反射镜和微透镜阵列,实现仪器的微型化.介绍了微型傅里叶变换红外光谱仪的结构及基本原理,分析了微型准直系统和聚焦耦合光学系统的设计理论,研究了单片折衍混合准直透镜的残存像差、衍射面的衍射效率、多级微反射镜的衍射、微透镜阵列的孔径衍射和中继系统的轴向装配误差对光谱复原的影响.最后,对中波红外微型傅里叶变换光谱仪进行了建模仿真,得到的复原光谱与理想的光谱曲线比较符合,实际的光谱复原误差为2.89%.该中波红外微型静态傅里叶变换光谱仪无可动部件,且采用了微光学元件取代了传统的红外镜头,不仅稳定性良好,而且体积小、重量轻,有利于在线监测应用.     

亚波长衍射微透镜的设计

设计了连续浮雕衍射微透镜和与其等效的二元亚波长衍射微透镜,采用旋转体时域有限差分法对通过计算机辅助设计出的元件进行了严格的矢量分析,给出了各元件在焦平面的场强分布.分析结果表明,本文设计的二元亚波长微透镜对连续浮雕微透镜有很好的等效效果;填充因子的脉冲宽度调制法要优于填充因子的线性近似法;制作相对误差不大时深度误差和宽度误差对微透镜聚光能力的影响不大.     

Monolithic integration technique for microlens arrays with infrared focal plane arrays

Based on scalar diffraction theory, 8-phase-level 256×290 element diffractive microlens arrays with lenslet dimension of 50×33 μm² have been fabricated on the back side of PtSi infrared focal plane arrays. The design and fabrication process are discussed. The measurement results indicate that the imaging quality has been greatly improved and the ratio of the signal-to-noise of the infrared focal plane array integration with microlens array is increased by a factor of 2.5.     

基于标量衍射理论下的球面折射微透镜对高斯光束的准直研究

本文应用瑞利-索末菲标量衍射理论分析了具有球面轮廓的折射微透镜对激光器输出高斯光束的准直特性.数值结果显示,在最佳准直条件下,高斯光束经过球面折射微透镜准直后的传输是一个振荡过程;同时,如果不考虑微透镜的衍射效率,当球面折射微透镜的F数越大,高斯光束经过准直变换后的远场发散角越小.     

Broadband dispersion characteristics of diffractive microlenses based on the finite-difference time-domain method

The broadband dispersion characteristics of diffractive microlenses are studied using the finite-difference time-domain (FDTD) method. The distributions of the diffracted electric fields obtained through a diffractive microlens are presented for illumination wavelengths ranging from 0.35 to 1.30 μm, along with the corresponding broadband dispersion curves. It is shown that both the principal focal length and the diffracted order of the principal focal point are dependent on the illumination wavelengths. The broadband dispersion characteristics of a diffractive microlens may be used to optimise light coupling for a broadband optical fibre source.     

消色差谐衍射微透镜列阵的应用研究

本文研究菲涅耳谐衍射透镜的特性和工作条件,分析二元谐衍射透镜的衍射效率及制作要求,设计并研制了用于萨克-哈特曼波前传感器的双波长共焦谐衍射微透镜列阵,得到了良好的应用效果.     

高衍射效率衍射望远镜系统的设计/加工及成像性能测试

为提高衍射效率,设计并制作了口径为300mm的衍射成像系统.该系统的物镜是由一块四台阶位相型菲涅尔波带片通过激光直写套刻和Ar离子束物理刻蚀技术在石英玻璃基板上加工而成.测试了衍射物镜的衍射效率,实验结果表明:衍射物镜在波长632.8nm处的衍射效率为66.4%,达到理论值的82%.搭建了衍射成像系统光路,分别采用10μm星点孔与分辨率板,测试了系统的成像性能.实验测得星点像直径为44μm,分辨率板的极限分辨率达到84lp/mm,接近该系统的理论计算值,表明该衍射成像系统具有较好的成像性能.     

Shack-Hartmann multiple spots with diffractive lenses

In this Letter we aim to bring an understanding to the apparition of multiple spots when using a Shack-Hartmann (SH) wavefront sensor behind diffractive lenses. In contrast to previous work, this phenomenon is described in terms of diffractive orders. It is illustrated with Zemax simulations, where three kinds of diffractive lenses (monofocal, bifocal, and trifocal) are set behind a microlens array. The presence of multiple spots is related to the phase jump of the diffractive profile and also to the number of steps seen through the microlens pupil. The possibility of assessing the optical quality of such lenses using SH measurements is discussed, in particular within the field of ophthalmology, where the need for precautions is underlined.