天津大学：《工程光学》课程PPT教学课件（几何光学、物理光学）第十二章 光的衍射（Diffraction）（12.7）二元光学元件

第七节二元光学元件 (Binary Optical Element, BOEs 概念 基于光波的衍射理论,运用计算机辅助设计, 天津大学精仪学院 并运用超大规模集成电路制作工艺,在片基上刻蚀 产生两个或多个台阶深度的浮雕结构,形成纯相位、 同轴再现、具有极高衍射效率的一类衍射光学元件。 随之形成的一门新的学科分支,称二元光学。 天津大学作 24

1 第七节 二元光学元件 (Binary Optical Element，BOEs ) 一、概念 基于光波的衍射理论，运用计算机辅助设计， 并运用超大规模集成电路制作工艺，在片基上刻蚀 产生两个或多个台阶深度的浮雕结构，形成纯相位、 同轴再现、具有极高衍射效率的一类衍射光学元件。 随之形成的一门新的学科分支，称二元光学

二元光学 Binary Optics)是衍射 光学、微光学的主要分支学科,是光 学与微电子、微计算机相互融合、渗 透而形成的前沿交叉学科。是研究微 天津大学精仪学院 米、亚微米级特征尺寸光学元件的设 计、微细加工技术及利用该元件以实 现光束的发射、聚焦、传输、成象 分光、图象处理、光计算等一系列功 能的理论和技术 天津大学作 24

2 二元光学( Binary Optics )是衍射 光学、微光学的主要分支学科，是光 学与微电子、微计算机相互融合、渗 透而形成的前沿交叉学科。是研究微 米、亚微米级特征尺寸光学元件的设 计、微细加工技术及利用该元件以实 现光束的发射、聚焦、传输、成象、 分光、图象处理、光计算等一系列功 能的理论和技术

元光学元件的结构 闪耀光栅 光栅周期d,闪耀角 天津大学精仪学院 相位轮廓化 多阶相位轮廓光栅 ah光栅常数dN,阶梯深度 Ah= asnr N=2m 天津大学作 24

3 二、二元光学元件的结构 d γ x x d γ Δh 闪耀光栅 光栅周期d，闪耀角γ 多阶相位轮廓光栅 光栅常数d/N，阶梯深度Δh n N N d h , 2 sin  = =  相位轮廓化

折射透镜到二元菲涅尔透镜的演变过程 01 lλ 21 31 普通折 射透镜 天津大学精仪学院 续浮雕 王MML N 射透镜 1 阶淫雕 射透镜 图12-39折射透镜到二元光学元件浮雕结构的演变 天津大学作 24

4 折射透镜到二元菲涅尔透镜的演变过程

三、二元光栅夫朗和费衍射强度分布及特点 由图得以下关系 B N=2n.△h dsiny d' 天津大学精仪学 h经计算得二元相位闪耀光栅的 闪耀条件和衍射效率: 2dsiy=元 院台阶数为N,光栅常数为dn I sin mT/N smnm兀 m sin z(m-1)/N 天津大学作 24

5 三、二元光栅夫朗和费衍射强度分布及特点 N d d N d N h n =  = , ' = sin 2 ,  d Δh A O B d' 由图得以下关系： 台阶数为N，光栅常数为d' 经计算得二元相位闪耀光栅的 闪耀条件和衍射效率： 2d sin =  ( ) 2 0 sin 1 / sin / sin       − = =  m N m m m N I I     

I sint/N smnm元 讨论 mt sin (m-1)/N 、衍射效率与台阶的数目N和衍射级次m有关; 2、台阶的数目N越大,+1级的衍射效率越高。当N 天津大学精仪学院 趋于无穷时,能量将全部集中到+1级上。此时 77= 1「snz/N 丌/N 天津大学作 24

6 讨论 ( ) 2 0 sin 1 / sin / sin       − = =  m N m m m N I I      1、衍射效率与台阶的数目N和衍射级次m有关； 2、台阶的数目N越大，＋1级的衍射效率越高。当N 趋于无穷时，能量将全部集中到＋1级上。此时 2 0 / sin /       = = N N I I   

四、二元光学元件的制作方法 41414441444 掩膜 光刻胶 天津大学精仪学院 基片 光刻 光刻 光刻 显影 显影 显影 刻蚀 刻蚀 刻蚀 天津大学作 光学光刻制作8台阶衍射微光学元件的原理 下→节 24

7 四、二元光学元件的制作方法 掩膜 光刻胶 基片 光刻 光刻 光刻 显影 显影 显影 光学光刻制作8台阶衍射微光学元件的原理 刻蚀 刻蚀 刻蚀 下一节