入射光波波长对菲涅耳透镜衍射效率的影响

使用离子束刻蚀法成功制作高衍射效率 16阶菲涅耳透镜。菲涅耳透镜的衍射效率是评价菲涅耳透镜质量的一个重要指标。对于宽带光学系统 ,除设计、制作误差外 ,入射光波波长对菲涅耳透镜的衍射效率也有影响。针对宽带折衍混合光学系统 ,分析不同入射光波波长对菲涅耳透镜衍射效率的影响。使用四种不同光源 ,对菲涅耳透镜的衍射效率进行测试。指出在短波方向 ,衍射效率下降较多 ;在长波方向 ,衍射效率下降较少     

薄膜沉积法制作菲涅耳透镜

衍射光学元件在国防、生产及科研等领域起着为越重要的作用。衍射光学元件的制作技术主要包括激光或电子束直写、反应离子刻蚀、离子束铣及薄膜沉积。薄膜沉积法具有精确控制台阶高度及台阶表面较光滑的优点。使用薄膜沉积法制作１６阶菲涅耳透镜,用它代替常规的光学透镜可实现系统的轻量化、小型化、增加系统设计的自由度,屯菲涅耳透镜的衍射效率并分析产生误差的原因。     

硅衍射微透镜阵列的制作技术研究

介绍了二元光学方法制作多台阶衍射微透镜的设计和工艺过程;分析了台阶侧壁倾斜对衍射效率的影响;提出了一种基于软刻蚀技术的复制和集成新工艺.实际制作了8台阶硅衍射微透镜阵列,利用新工艺复制了硅衍射透镜阵列.     

离子束刻蚀法制作菲涅耳透镜

由于衍射光学元件独特色的色散特性及体积小、重量轻可进行复制等优点,它在国防、生产及科研等领域的作用越来越重要,应用于光学成像系统,不仅能改善系统成像质量,而且能实现系统的轻量化、小型化,增加系统设计的自由度。使用离子束刻蚀法制作的16阶菲涅耳透镜应用于折衍混合CCD相机;测量菲涅耳透镜的衍射效率并分析了影响衍射效率的因素。     

色散对液晶菲涅耳透镜衍射效率的影响研究

首先研究了液晶菲涅耳透镜和传统菲涅耳透镜的区别,并给出液晶菲涅耳透镜衍射效率的计算公式。接着,研究了液晶材料的色散和入射波长偏离量化波长对衍射效率的影响。经过计算分析并通过相应的实验发现,当量化波长为470nm时,在400nm和700nm处衍射效率分别下降了9.0%和27.5%,说明波长偏离对液晶菲涅耳透镜的衍射效率影响较大;当量化波长为510nm时,波长偏离在400nm和700nm处产生的衍射效率下降大致相当,约为20.0%;当在400nm和700nm处液晶的折射率变化量Δn基本相等时,液晶色散造成的衍射效率降低都约为8.0%。结果表明,和波长偏离相比,液晶色散对衍射效率的影响相对较小,且液晶菲涅耳透镜的量化波长应在470～510nm区间选取。实验测量了色散对液晶菲聂耳透镜衍射效率的影响,测量结果和理论计算结果非常接近,说明分析结论有效。     

计算机源生全息菲涅耳透镜及其在微光学互连中的应用

本文简要叙述了菲涅耳源生全息透镜成象的原理，以及制造工艺，并研制了四位相台阶０．４×１０ｍｍ＾２大小的菲涅耳微镜列阵。最后提出了用离轴衍射的菲涅耳透镜实验现自由空间互连的两种方式，并讨论了其在微光学互连中的应用前景。     

透镜成象的广义傅里叶变换分析

在菲涅耳衍射与广义傅里叶变换关系的理论基础上,引入负广义傅里叶变换阶分析透镜的成象过程,证明了象面的曲率半径与用菲涅耳衍射分析的结论一致,透镜成象可看成是连续两次广义傅里叶变换.     

一种获得平顶激光光强分布的方法

从Huygens-Fresnel衍射积分出发,计算高斯光束经过初级球差透镜聚焦之后的衍射光场.数值结果表明,当透镜的球差系数为负时,在聚焦光场的两个位置,得到了平顶激光光强分布.还讨论了透镜的菲涅耳数对平顶激光光强分布及其出现位置的影响.结果表明,透镜的菲涅耳数愈小,出现平顶激光光强分布的位置愈往聚焦透镜移动.并且,当透镜的菲涅耳数较小时,平顶激光光强分布的顶部呈现光强调制.计算结果表明,负球差透镜可作为获得平顶激光光强分布的简单方法.     

关于标量衍射理论在二元化透镜设计中的应用极限的探讨

本文分别用菲涅耳衍射公式和瑞利－索末菲衍射公式对不同数值孔径的二元化透镜的衍射问题进行了计算机模拟，给出了计算结果，从中得出了菲涅耳衍射公式和瑞利－索末菲衍射公式各自的应用范围。并对大数值孔径二元化透镜设计中的应用严格电磁理论问题作了讨论。     

文摘

Sondia National Laboraries(SNL)的一项新技术采用电子束光刻术和反应离子刻蚀的方法将亚波长级二元透射式光栅直接制作在半导体材料GaAS的表面上.与采用多台阶近似闪耀光栅和菲涅耳衍射透镜的常规方法不同,新技术用单步刻蚀生成微沟槽,沟槽具有横向折射率梯度分布.SNL已制作和测试了的原型光器件,工作在975mm波长,有85%的衍射效率(单步刻蚀的常规衍射光学元件的衍射效率理论最大值仅40%).目前正在进一步研究将该技术用于制作一般的高衍射效率混合折/衍镜头和一些可直接集成于半导体光器件中的光学元件.     

一种设计大数值孔径衍射元件的优化方法

本文以菲涅耳衍射透镜的设计为例，在单位周期内的相位台阶数与最小特征尺寸之间关系的基础上，提出了减小元件边缘单位周期内的台阶数，以增大最小特征尺寸的一种新的设计大数值孔径衍射元件的优化设计方法，并对衍射效率进行了讨论。确定了多台阶衍射透镜优化设计的结构参数。最后给出了设计实例，与深浮雕法和相位匹配法比较，本文法设计的元件仅需套刻3次，而衍射效率的理论值达55.4%，是一种有效的优化方法。     

圆锥曲面Fresnel透镜数值设计方法

Fresnel透镜是最常见的太阳能聚光镜之一,曲面Fresnel透镜通常比平面Fresnel透镜具有更加优越的性能。基于非成像光学理论,提出了一种新型曲面Fresnel透镜的设计方法。曲面Fresnel透镜采用圆锥曲面基底,在满足Fresnel透镜机械参数要求的前提下,实现Fresnel透镜第二工作面面型的求解。基于可加工性的要求,利用该方法设计了不同形状的曲面Fresnel透镜,通过光学仿真分析了曲面Fresnel透镜的结构参数对聚光镜会聚比、容忍角、光照均匀性的影响,并分析了超精密加工条件下,由于加工误差对光学效率的影响。该设计方法为参数化曲面Fresnel透镜的分析提供了一种新的途径。仿真结果表明,具有小深宽比的曲面Fresnel透镜具有更好的均匀性和更高的能量利用率。     

用深紫外光刻波带片制作全息透镜阵列和椭圆波带片

本文报道用电子束扫描和深紫外曝光获得的离子刻蚀波带片的一级衍射波和二级衍射波干涉,分别在银盐干板和光致抗蚀剂上制作平面全息透镜阵列和椭圆波带片,并给出用它们聚焦和成像的实验结果。     

大口径线视场菲涅尔准直透镜设计

针对某一特殊应用设计了一款菲涅尔准直透镜,利用菲涅尔透镜的基面弯曲和单向点列半径的像差控制,实现了一维方向的高精度准直.分析比较了平面菲涅尔透镜与球基面菲涅尔透镜的像差状况,得出了两种结构透镜在本项目应用中校正像差的差异,提出了在类似菲涅尔透镜的应用中像差校正的方案及面型选择的思路.     

聚光光伏系统菲涅耳聚光器性能分析与仿真

对太阳能聚光光伏发电技术中的聚光系统进行了研究,分析了菲涅耳透镜应用于太阳能聚光器的优点、聚光特性以及光学效率,推导并获得了平面向外、菲涅耳面向太阳电池的点聚焦菲涅耳透镜的设计公式。在ZEMAX软件的非序列模式中实现了基于非成像光学理论的光线追迹仿真,对某一尺寸的菲涅耳透镜的焦平面上光斑能量分布情况进行了分析与模拟。研究结果表明,利用通常的菲涅尔透镜实现聚光作用的聚焦光斑的光能量主要集中在太阳电池的中心部位,呈现为从中心往外围能量越来越弱的同心圆环。要使太阳电池接收到的光能量尽可能均匀,则需要增加二次聚光元件。     

MEMS/Sensor工艺中无定形碳应用及干法蚀刻研究

提出一套新的无定型碳牺牲层蚀刻工艺,新工艺应用于MEMS和Sensor牺牲材料工艺中,能够很好地解决无定形碳蚀刻工艺中有机副产物问题。在无定形碳蚀刻工艺中添加低浓度的CF4蚀刻气体(1%~5%),有助于去除在蚀刻过程中侧壁形成的有机副产物。在无定形碳蚀刻工艺前添加一步光刻胶硬化步骤,和在无定形碳蚀刻工艺后添加一步有机副产物各项异性蚀刻步骤,有助于去除表面产生的有机副产物。并针对新工艺去除无定形碳蚀刻过程中形成的有机副产物反应机制进行了详尽阐述与讨论。     

Optimization of inductively coupled plasma etching for low nanometer scale air-hole arrays in two-dimensional GaAs-based photonic crystals

This paper mainly describes fabrication of two-dimensional GaAs-based photonic crystals with low nanometer scale air-hole arrays using an inductively coupled plasma (ICP) etching system. The sidewall profile and surface characteristics of the photonic crystals are systematically investigated as a function of process parameters including ICP power, RF power and pressure. Various ICP powers have no significant effect on the verticality of air-hole sidewall and surface smoothness. In contrast, RF power and chamber pressure play a remarkable role in improving sidewall verticality and surface characteristics of photonic crystals indicating different etching mechanisms for low nanometer scale photonic crystals. The desired photonic crystals have been achieved with hole diameters as low as 130 nm with smooth and vertical profiles by developing a suitable ICP processes. The influence of the ICP parameters on this device system are analyzed mainly by scanning electron microscopy. This fabrication approach is not limited to GaAs material, and may be efficiently applied to the development of most two-dimensional photonic crystal slabs.     

Design of objective lens with reflective spherical Fresnel zone plate

An objective lens composed of a spherical Fresnel zone plate mirror and aspheric mirrors is designed.The Fresnel zone plate with a spherical shape is analyzed, and the method to approximately replace the aspherical mirror with spherical Fresnel zone plate is deduced. The objective lens is designed with a single spherical Fresnel zone plate mirror and three aspherical mirrors. Under the condition of 100 × magnification,2.5 Fresnel number and 120° field angle, the modulation transfer function can reach above 40% at 0.6 line pairs/mm on the magnification side, and the distortion is less than 2.2%. This method can provide a reference for the application of Fresnel zone plate in visible light imaging, and has a bright future with the continuous development of the fabrication technique of Fresnel devices.