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。     

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。     

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。     

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.     

光电子技术

TNZ 00060123衍射微透镜阵列的光学性能研究及测试/陈四海,李毅,何苗,张新宇,易新建(华中理工大学光电子工程系)11激光与光‘匕子学进展.一20()O,(6)一13一18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,并对该所研制的1 28X128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该所研制的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;而由干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…     

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。     

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.     

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，简洁地介绍了掩膜制备－－光刻－－离子蚀刻－－复制一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     

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.     

多相位256×256衍射微透镜的设计及其光学性能研究

介绍了衍射微透镜阵列的设计原理与制作工艺方法 ,在此基础上运用部分刻蚀法研制出适用于 3～ 5 μm波长多相位 2 5 6× 2 5 6衍射微透镜阵列。利用光通信半导体激光器和探测器建立了一套测试系统 ,并对所设计的多相位衍射微透镜阵列的衍射率和点扩散函数进行了测试 ,8相位和 16相位石英衍射微透镜的衍射率分别高达 80 .2 %和 87.5 % ,完全满足实际应用的要求。     

二元光学及其展望

本文论述了二元光学的进展;理论,元件的设计与制备;二元光学元件的种类与应用。提出了我国近期发展二元光学的展望与建议。     

快速汉克尔变换及光束均匀化

介绍快速汉克尔变换，以及它在二元光学设计中的应用，并就光束均匀化问题进行了数值模拟，结果表明快速汉克尔变换算法是一种能用于二元光学设计的有效算法。     

128×128凹型GaAs微透镜阵列器件的制作研究

提出了一种制作 12 8× 12 8球冠型GaAs凹折射微透镜阵列新的方法———曲率倒易法。扫描电子显微镜(SEM )显示微透镜阵列为表面轮廓清晰的凹球冠面阵列 ,表面探针测试结果显示阵列表面光滑、单元重复性好 ,其凹深为 1 2 6 8μm ,焦距为 - 35 2 0 4μm。     

二元光学

介绍了二元光学的基本原理、优化设计方法、加工工艺、复制工艺以及一些应用实例,最后就二元光学的应用前景做了初步探讨。     

新型高准确度分光光度计的设计与测试

目前,干涉滤光片已广泛运用到辐射度学测量、光度学测量等领域,为保证其光谱透过率测量的高准确度,提出了采用基于DK242单色仪,入射、出射光路独立设计的全自动,单光路分光光度计,其测量部分采用了硅探测器与积分球组合的探测单元,提高了测量的准确度。装置的不确定度源包括波长定标、探测器均匀性、系统稳定性、光束移位等,装置整体不确定度达到8.78×10^-3,满足设计要求。     

利用二元光学进行闪耀光栅的设计

详细介绍了一种基于二元光学的闪耀光栅的设计方法,并利用傅立叶变换和二元光学理论推导了此光栅的衍射效率公式以及实现闪耀的条件,并利用matlab分析了各级衍射效率,证明可对特定级次实现闪耀。     

Full wafer microlens replication by UV imprint lithography

The fabrication of microlenses is of great interest for several applications in the field of optics like wafer level cameras, homogenization of light, and coupling of light into glass fibers. Especially for low-cost optical products, microlenses have to be fabricated with a high throughput at an adequate quality. One way to fulfil these requirements is the patterning of microlenses by UV imprint lithography (UV-IL). Within this work, microlenses were replicated into the UV curing material PAK-01 by step and stamp UV-IL on silicon substrates with a diameter of 150 mm. The resulting substrates were used as masters to cast PDMS templates. These PDMS templates can be used for high throughput full wafer UV-IL. Additionally, quartz substrates with a diameter of 100 mm were patterned which could be directly used as so called “optowafers”. Master and patterned microlenses were inspected by scanning electron microscopy and with a white light profilometer. The results clearly demonstrate the excellent quality of the replication process and the capability of UV-IL to pattern microlenses on full wafer level for high throughput applications.     

Numerical Simulation of Refractive-Microlensed HgCdTe Infrared Focal Plane Arrays Operating in Optical Systems

The optoelectronic performance of the mid-wavelength HgCdTe infrared focal plane array (IRFPA) with refractive microlenses integrated on its CdZnTe substrate has been numerically simulated. A reduced light-distribution model based on scalar Kirchhoff diffraction theory was adopted to reveal the true behavior of IRFPAs operating in an optical system under imaging conditions. The pixel crosstalk obtained and the energy-gathering characteristics demonstrated that the microlenses can delay the rise in crosstalk when the image point shifts toward pixel boundaries, and can restrict the major optical absorption process in any case within a narrow region around the pixel center. The dependence of the microlenses’ effects on the system's properties was also analyzed; this showed that intermediate relative aperture and small microlens radius are required for optimized device performance. Simulation results also indicated that for detectors farther from the center of the field of view, the efficacy of microlenses in crosstalk suppression and energy gathering is still maintained, except for a negligible difference in the lateral magnification from an ordinary array without microlenses.