灰度掩模技术

二元光学被誉为“１９９０年代的光学技术”,在国防、科研、生产等领域都显示出广阔的应用前景。衍射光学元件有很多制作方法,比较成熟的有二元光学元件加工方法和激光或电子束直写技术加工方法。二元光学元件加工方法存在周期长、成本高且对准较困难的特点。激光或电子束直写技术所需设备比较昂贵,只适合高精度单件生产。介绍了近来发展起来的另一种比较有前任的加工方法一灰度掩模法,并展望了其发展前景。     

图像柱面压缩全息光学元件的制作技术

文章旨在提出一种用于激光直写合成全息拍摄的全息光学元件的制作技术。实验结合激光直写合成全息拍摄时所需柱面透镜的功能,参考全息光学元件的制作原理来制作图像柱面压缩全息光学元件,实现柱面透镜的光学功能,并使元件具有大面积、短焦距、会聚光均匀分布的特点,满足激光直写合成全息拍摄对图像的需求。通过实验,应用自制全息光学元件拍摄出来的全息图具有较好的水平视差和较大的视场角,并具有较高的衍射效率。实验和理论分析表明,用文章所提出的图像柱面压缩全息光学元件来代替传统的光学元件,进行激光直写合成全息图的记录是一种十分可行的,可以有效改进图像质量,提高光能利用率的方法。     

连续型衍射透镜激光直写技术研究

研究了不同于台阶形式的具有连续浮雕结构的衍射聚光透镜的激光直写工艺,简要描述了光致抗蚀剂的曝光和显影,对激光直写工艺的机理和工艺过程进行阐述.利用CLWS-300W/C极坐标激光直写设备制作出了具有良好面形微结构和较高衍射效率的连续型衍射透镜.研究表明,激光直写技术直写精度高,加工工艺灵活,利用计算机的控制,能够根据光学设计产生的浮雕分布数据制作复杂的、任意形状和外形的微型浮雕结构,非常适合于高精度微光学元件的加工制作.     

激光直写制作二元光学元件掩模研究

介绍了激光直写技术制作二元光学元件铬版掩模的原理,分析了影响铬版上铬膜氧化程度的因素,研究了铬版上 刻写掩模图案时激光能量与刻写半径之间的关系,总结了利用激光直写方法刻写二元光学元件铬版掩模过程中激光能量的 形成方法。     

二元光学器件激光直写技术的研究进展

二元光学器件的激光直写技术可克服传统的半导体工艺(掩模套刻法或多次沉积薄膜法)所带来的加工环节多、对准精度难以控制、周期长、成本高等问题,可进一步提高二元光学器件的制作精度和衍射效率.分析了二元光学器件激光直写的基本原理,对已有的各种激光直写方法和最新研究成果进行了综述,并展望了其发展趋势.     

双、单光束互换光学头方光斑激光直写系统设计

设计了一种具有方形光斑的新型激光直写系统，用双远心投影透镜组获得方形光斑并以逐点光刻模式运行，改善了衍射图形光刻质量，提高了系统运行效率。该系统具有双、单光束互换功能，双光束干涉用于衍射光变图像的直写，单光束进行二元衍射元件的光刻，实现了不同特性的衍射器件输出，从而解决了在同一幅光刻胶干板上同时进行具有微米量级干涉条纹的衍射光变图像和二元相位图形的直写问题。双光束干涉调制的衍射图像分辨率达到2540dpi，方光束点尺寸为5～20μm。给出了光变衍射图像和两台阶二元相位编码图形的制作结果。     

衍射光学技术发展历程及应用

衍射光学元件已广泛应用于光学传感、光通信、计算成像、激光光束整形、生物医学、光学数据存储等领域。首先，总结归纳了基于标量衍射理论衍射光学元件在各个阶段的发展脉络，衍射光学元件的发展可分为菲涅耳波带片、全息图及相息图、二元光学元件及衍射光学元件四个阶段，针对各阶段衍射元件分别分析其设计原理、结构特点、加工难度、衍射效率及在现实中应用可能性。其次，对基于矢量衍射理论衍射光学元件进行概述。最后，对当前衍射光学元件在传统和新型成像系统及非成像系统中的应用进行总结，整理出当前衍射光学元件发展中存在问题并根据对应问题给出未来发展趋势的预测，能够对今后衍射光学元件的研究有一定指导意义。     

计算机光学元件的制作及新应用

论述计算机光学元件制作的方法,着重介绍了灰度掩模技术,反应离子束刻蚀法和激光直写技术,并且说明了其在空间聚焦器上和激光雷达上的新应用。     

用于二元光学器件制作的激光直写系统

通过双远心成像光路，激光直写（LDW）系统SVG—LDW 04把液晶空间光调制器（LCD-SLM）上的光斑直接成像在光刻胶板上，得到高质量的光斑图形。放置在SLM的共轭面上的CCD成像调焦装置能够实时地在监控像面质量。控制SLM的输入图形、曝光量（刻蚀深度）及系统的运行方式，LDW系统能够制作不同特性的二元衍射光学元件。给出了典型的（2台阶、4台阶）位相衍射器件制作的实验结果。     

用激光直写制作光束整形元件的实验研究

利用迭代傅里叶算法优化得到了特定衍射图样的位相结构，分析讨论了采用单光束激光直写系统进行逐点光刻制作2个台阶二元光学元件位相掩模的基本原理，并给出了实验结果和实验误差分析，从而为发展一种制作周期短、成本低，且无对准误差的二元光学元件的制作方法提供了一种可能．     

衍射光学元件车削误差控制技术

衍射光学元件在光学系统中的应用越来越广泛,对衍射结构的加工质量提出了更高的要求。单点金刚石车削可直接加工出高精度衍射微结构表面,但衍射结构的位置误差和表面质量对其光学性能有较大影响。为了提高衍射光学元件的性能,需要精确控制其车削误差。基于此,分析了影响衍射元件加工质量的因素,建立了揭示位置误差、衍射面形状和刀具半径之间的关系的数学模型,揭示了衍射带位置精度影响规律。通过补偿加工提升基底表面质量来提高衍射曲面面形精度。结合仿真模型与粗糙度影响参数,指导车削刀具半径的选取。最后,基于仿真结果,选择半径为0.02 mm的半圆弧刀具加工,最终加工的衍射元件面形误差为292 nm,衍射环带位置误差最大为55 nm,高度误差最大为16 nm,粗糙度为5.6 nm。实验结果表明,该预测模型可以指导衍射光学元件高精度表面形貌的获取,有利于提高光学系统的成像质量,为高精度衍射光学元件的批量生产提供了技术支持,具有广泛的工程应用价值。     

衍射光学元件在卫星激光通信终端中的潜在应用

卫星激光通信技术是目前通信技术领域的研究热点,而光学子系统的优化设计是其重要研究方向。主要介绍了利用衍射光学元件实现卫星激光通信终端的小型化、集成化和高效化。文中首先简要介绍卫星激光通信系统的基本原理,随后介绍了衍射光学元件在卫星激光通信终端中的各种可能应用,包括光束整形和分光,光学滤波,防反射镀膜,像差和热差补偿等。给出了一个包含衍射光学元件的激光通信终端光学系统优化设计实例,相应的数值仿真结果表明:衍射光学元件与传统光学元件相比,具有明显优势。     

3D Direct Laser Writing of Highly Absorptive Photoresist for Miniature Optical Apertures

The importance of 3D direct laser writing as an enabling technology increased rapidly in recent years. Complex micro-optics and optical devices with various functionalities are now feasible. Different possibilities to increase the optical performance are demonstrated, for example, multi-lens objectives, a combination of different photoresists, or diffractive optical elements. It is still challenging to create fitting apertures for these micro optics. In this work, a novel and simple way to create 3D-printed opaque structures with a highly absorptive photoresist is introduced, which can be used to fabricate microscopic apertures increasing the contrast of 3D-printed micro optics and enabling new optical designs. Both hybrid printing by combining clear and opaque resists, as well as printing transparent optical elements and their surrounding opaque apertures solely from a single black resist by using different printing thicknesses are demonstrated.     

衍射光学系统的激光应用和稀疏成像分析

近年来衍射光学系统得到了快速发展,衍射器件(如二元光学器件和膜基透镜)相当于微波天线的固定移相器,微波相控阵天线成熟的理论和方法应可用于其性能分析。激光SAR和激光通信都具有单色且波长较长的特点,特别适合采用非成像衍射光学系统,通过衍射器件实现信号波前控制,减小焦距并有利于系统的轻量化。基于衍射光学系统,研究激光SAR和激光通信技术具有重要的理论意义和应用价值。该文给出了衍射光学系统的相控阵解释,介绍了基于衍射光学系统已开展的机载激光SAR和星载激光SAR研究工作。提出了艇载1 m衍射口径激光通信和干涉定位系统概念并分析了其性能,该系统在10 m短基线下,其作用距离将达到4×108 km,对应的定位精度在6 km量级,可用于深空探测。该文同时探讨了稀疏采样激光成像问题,在激光照射目标条件下,提出用傅里叶透镜将激光图像信号变换到频域,在低频区域利用小规模探测器实施稀疏采样,等效进行2维低通滤波处理,再用计算机重构目标图像的设想,给出了一些初步的仿真结果。      

衍射光学元件的加工工艺及其在各种光谱镜头中的应用

综述了当前衍射光学元件的加工制作工艺方法,包括光刻法、薄膜沉积法、直写法、金刚石车削法、准分子激光加工法、灰阶掩模法和复制法。详细说明了这几种方法加工衍射光学元件的工艺过程,并分析了各种加工方法的优缺点。介绍了衍射光学元件在各种光谱镜头中的应用,分别给出了衍射面在可见光波段、红外波段和紫外波段系统中的具体设计实例。最后得出结论,说明衍射光学元件可以增加设计自由度,简化系统结构,减小体积,减轻质量,改善像差,提高系统成像质量。     

Optical broadcast and clock distribution for multi-chip-modules

In this letter, we report a new architecture for clock and broadcast distribution using optical interconnect components, such as vertical cavity surface emitting lasers (VCSEL) and pin photodiodes with benefits of diffractive optical elements (DOE) fan-out. A two-bit-large bus for broadcast or clock distribution demonstration is presented using collective wiring technologies and MCM hybridization process in a standard BGA package. Diffractive optical elements allow one to four distribution scene through an optical plate. Specific laser drivers for VCSELs and photodiode receiver are realized in complete CMOS 0.6 μm transmitter and receiver chips.     

用于惯性约束聚变驱动器的色分离光栅-光束采样光栅集成元件的制作

针对惯性约束聚变(ICF)驱动系统特别是其终端光学系统对元件数和元件厚度的限制要求,利用衍射光学元件(DOE)易于集成的优点,提出一种在石英基片的两面分别曝光制作色分离光栅(CSG)和光束采样光栅(BSG)的新方法,仅需一个石英片即可同时实现谐波分离和光束采样的功能.分别采用光学制版和电子束直写的方法制作了色分离光栅和光束采样光栅的掩模,并利用离子束刻蚀的方法加工了色分离光栅-光束采样光栅集成元件.结果表明,此集成元件的三倍频光能量利用率、色分离度以及采样效率等参数均与三倍频光通过色分离光栅、光束采样光栅分离元件时得到的结果相吻合,达到了惯性约束聚变激光驱动器终端光学系统的基本技术指标要求.     

二元衍射光学

文章综述了二元光学与衍射光学的发展历史、研究现状以及广泛的应用价值和前景。它研究的物理内容分为两个方面，即用光学的标量衍射理论去研究和设计二元衍射器件与光学电磁矢量衍射的基础研究。在众多采用标量衍射和设计方法中，重点叙述了Ｇｅｒｃｈｂｅｒｇ－Ｓａｘｏｎ算法和模拟退火算法，同时，简洁地介绍了掩制备－光刻－离子蚀刻－复制－套研制二元衍射器件的技术流程。最后，以较多篇幅介绍二元衍射光学在激光波面校正、相干合成、微透镜阵列、红外系统、光雷达、光通信与光计算等方面的应用。     

Reducing shadowing losses with femtosecond‐laser‐written deflective optical elements in the bulk of EVA encapsulation

A new approach on decreasing the optical shadowing of the solar cell grid fingers is presented. The approach relies on a local change of the optical properties in the bulk of the photovoltaic module encapsulation material ethylene vinyl acetate (EVA). In particular, scattering and diffractive optical elements are locally generated within the volume of cross‐linked EVA encapsulation material by applying a femtosecond‐laser‐writing process. When these optical elements are located above the metal grid fingers, the optical shadowing of these grid fingers can be decreased. In an experimental proof of concept, the optical performance of this approach is demonstrated. The best results obtained so far indicate a decrease in optical shadowing by 17%. The material characteristics of the volume optics were investigated by applying confocal Raman microscopic characterisation, which indicates that the EVA material partially degraded upon the impact of the laser beam and is partly carbonised. Supplementary optical simulations show that the light deflection is caused by diffraction. However, parasitic absorption substantially deteriorates the optical performance of the deflective volume optics. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于衍/折射光学元件二级光谱的校正

采用衍射和折射光学元件结合的方法，对星载用长焦距望远物镜的二级光谱进行了复消色差设计。计算机模拟结果表明：校正后的望远物镜满足了使用要求，并且设计方法简单可行.