8相位256×256衍射微透镜的设计与制作

介绍了衍射微透镜阵列的设计原理与制作工艺方法,在此基础上研制出适用于3～5μm波长256×256PtSi红外焦平面的8相位256×256硅衍射微透镜阵列,阵列中微透镜的孔径为50μm,透镜F数为f/2.5,微透镜阵列的中心距为50μm.实测衍射效率大于80%,能在红外波前传感器中较好应用.     

8相位256×256衍射微透镜的设计与制作

介绍了衍射微透镜阵列的设计原理与制作工艺方法，在此基础上研制出适用于 ３～５ μｍ波长２５６×２５６ ＰｔＳｉ红外焦平面的 ８相位 ２５６×２５６硅衍射微透镜阵列，阵列中微透镜的孔径为 ５０μｍ，透镜 Ｆ数为 ｆ／２．５，微透镜阵列的中心距为 ５０μｍ。实测衍射效率大于 ８０％，能在红外波前传感器中较好应用。     

二元光学元件——微透镜

介绍了二元光学的产生和发展,着重阐述了二元光学元件之一的微透镜的设计、制作和测试方法以及它们的主要应用。     

微透镜及其应用简介

对二元光学的产生和发展作了介绍,并阐述了二元光学元件之一的微透镜(microlenses)的设计、制作和测试方法以及它们的主要应用.微透镜的设计是基于已成熟的标量衍射理论;而其制作过程包括:计算机设计波面相位、产生掩膜板、光刻或离子(束)蚀刻以及复制产生微透镜,其关键技术蚀刻方法有等离子蚀刻技术和反应离子蚀刻RIE(Reactive Ion Etching)技术;微透镜的测试主要包括衍射效率(diffractive efficiency)和点扩散函数(PSF)的测试,有直接法和间接法两种测试方法.微透镜可以微型化与阵列化,并且可以同微电子器件一起集成化,具有广泛的应用前景.     

利用矢量衍射理论设计二元光学微透镜

对于低f数(f/＃)的二元光学透镜,它的衍射效率低于由标量衍射理论所计算的值.要提高低f数透镜的衍射效率,矢量衍射理论是必不可少的.美国LSA公司的J.Michael Fin-lan和Kevin M.Flood以及Cornell大学Knight实验室的Richard J.Bojko在美国空军Phillips实验室资助下作了如下工作.利用电子束刻蚀和离子刻蚀方法得到f数为1的30×50微透镜阵列.每一透镜中心之间的距离为300μm,是在熔石英上制造的.利用矢量衍射理论和标量衍射理论设计的透镜,在对椭圆高斯光束衍射时,测得的衍射效率分别是80%和60%.     

二元光学法在微透镜制作中的应用

对二元光学的产生和发展作了介绍,并阐述了二元光学元件之一的微透镜(microlenses)的设计、制作和测试方法以及它们的主要应用。微透镜的设计是基于已成熟的标量衍射理论;而其制作过程包括:计算机设计波面相位、产生掩模版、光刻或离子(束)蚀刻以及复制产生微透镜,其关键技术蚀刻方法有等离子蚀刻技术和反应离子蚀刻RIE(Reactive Ion Etching)技术;微透镜的测试主要包括衍射效率(diffractive efficiency)和点扩散函数(PSF)的测试,有直接法和间接法两种测试方法。微透镜可以微型化与阵列化,并且可以同微电子器件一起集成化,具有广泛的应用前景。     

衍射微透镜阵列的光学性能研究及测试

对衍射微透镜阵列的光学性能进行理论上的研究,并提出一种测试微透镜阵列衍射效率和点扩散函数的方法,建立了一套测试系统,并对本所研制的128×128衍射微透镜阵列的衍射效率和点扩散函数进行了测试.测试结果证明本所研制的2位相的石英和硅衍射微透镜阵列的性能较好,均匀性较高;而由于工艺和光刻系统的限制,4位相衍射微透镜的制作还存在一些不足,这些都可以从所得到的衍射微透镜的点扩散函数曲线图和衍射效率看出.该方法适于测试具有微小单元尺寸、周期排列的微透镜阵列或单元的衍射效率和点扩散函数.     

衍射透镜衍射效率及光学传递函数

分析了衍射透镜的衍射效率及其对光学传递函数的影响,得出了总的光学传递函数和各衍射级次光学传递函数之间的加权和关系公式.最后进行了实例计算和讨论.     

大F数硅微透镜阵列的制作及光学性能测试研究

提出了一种补偿刻蚀法 :在经过常规光刻热熔成形和离子束刻蚀技术制成的硅微透镜阵列上再涂敷几层光刻胶 ,以降低各单元微透镜的曲率 ,然后再次进行加热固化和离子束刻蚀。扫描电子显微镜 ( SEM)显示微透镜阵列为表面极为平缓的球冠形阵列 ,表面探针测试结果显示用补偿刻蚀法制作的微透镜的 F数和 F′数分别可达到 31.62和 35.88,而常规光刻热熔法很难制作出 F数和 F′数分别超过 1.0 0和 4 .0 0的微透镜阵列。光学填充因子也由常规方法的 64.3%提高至78.5% ,并且微透镜的点扩散函数也更接近理想值     

128×128硅衍射微透镜阵列的设计与制备

通过考虑互相关联的光学和工艺参数 ,设计了 3～ 5μm红外 12 8× 12 8硅衍射微透镜阵列。阵列中微透镜的孔径为 10 0μm,透镜 F数为 f / 1.5,微透镜阵列的中心距为 10 0μm。采用多次光刻和离子束刻蚀技术在硅衬底表面制备衍射微透镜阵列。对实际的工艺过程和制备方法进行了讨论 ,对制备出的 12 8× 12 8硅衍射微透镜阵列的光学性能和表面浮雕结构进行了测量。     

衍射透镜的微槽加工

超精密加工是在用金刚石刀具对软质金属、无电解镍、晶体等材料的镜面加工中发展起来的。其中,在微槽加工领域,利用了金刚石刀具微细而锋利的切削刃。 作为微细加工的实例,本文介绍利用超精密加工机进行的衍射透镜的加工。     

一种精确的衍射微透镜设计方法

考虑光线在微透镜衍射层中的实际光程，本文对现有的衍射微透镜设计公式进行了改进，提出一种精确的衍射微透镜设计方法。按照精确的光程差方法和现有方法分别具体设计了微透镜面形。并用衍射叠加积分方法进行了成像质量分析和比较。     

设计参数变化对衍射微透镜的影响

给出了多台阶衍射微透镜的设计公式,并阐述了旋转体时域有限差分法。通过采用该方法对设计的多台阶衍射微透镜进行分析,说明了设计参数(包括焦距、入射波长、透镜材料折射率)的变化与微透镜衍射效率、爱里斑半径、最大场强变化的关系,对部分结果的定性讨论与数值分析结果一致。     

微透镜列阵的离子束刻蚀及衍射效率测量

采用Kaufman离子刻蚀微透镜列阵并采用实时检测系统对刻蚀深度进行了控制.提出了测量微透镜列阵衍射效率的一种方法,对测量误差进行了讨论.     

128×128 PtSi红外焦平面用硅衍射微透镜阵列的设计与制备

通过考虑互相关联的光学和工艺参数,设计了3～5μm红外128×128硅衍射微透镜阵列.阵列中微透镜的孔径为50μm,透镜F数为f/2.5,微透镜阵列的中心距为50μm.采用多次光刻和离子束刻蚀技术在硅衬底表面制备衍射微透镜阵列.对实际的工艺过程和制备方法进行了讨论,对制备出的128×128硅衍射微透镜阵列的光学性能和表面浮雕结构进行了测量.     

带衍射光学元件的塑料透镜

以往的成像光学系统是由具有不同分散特性的多个透镜构成,要减少色像差,就必须减少透镜个数、小型化、降低成本。本文主要介绍通过将衍射光学元件和非球面透镜一体化设计、及对衍射光学元件的形状最佳化设计,实现了在可见光范围具有消色差功能、且     

菲涅耳微透镜列阵衍射效率的测试

提出了一种测试菲涅耳微透镜列阵衍射效率的有效方法，采用Ｈｅ－Ｎｅ激光器作为测试光源，利用计算机辅助测试构成了一个衍射效率测试光路系统，对测试原理进行了分析，该方法具有简便易行的特点，适于测试具有微小单元尺寸、周期密排的二元微光学元件的衍射效率。     

衍射微透镜的色散特性分析

衍射微透镜具有会聚和色散功能,且体积小、易于集成和阵列化,是实现光谱成像仪和微型光谱仪的一种新型技术。光谱分辨率是评价衍射微透镜分光特性的主要指标,根据标量衍射理论,给出了多台阶位相型菲涅尔透镜的设计公式,并利用球面波的传输理论推导了微透镜主焦距与光谱分辨率之间的函数关系,得出在入射波长和位相台阶数一定的情况下,光谱分辨率与中心焦距之间呈反比;理论推导的结果与已发表的实验结果一致。     

256×256Si微透镜阵列与红外焦平面阵列单片集成研究

基于标量衍射理论设计了8位相菲涅尔衍射微透镜阵列.利用多次曝光和离子束刻蚀技术在大规模面阵(256×256)PtSi红外焦平面阵列的背面制作了单片集成微透镜阵列样品(单元面积为30μm×40μm).测试结果表明,单片集成微透镜的红外焦平面阵列样品的信噪比提高了2.0倍.