衍射微柱透镜聚集特性的严格电磁分析

利用时域有限差分(FDTD)方法作为严格电磁计算模式,分析了有限口径衍射微柱透镜衍射效率与透镜F数的关系.严格分析比较了在不同入射极化波(TE极化和TM极化)情况下,具有不同面型分布(连续面型和8台阶、2台阶量化面型)的微柱透镜衍射效率随透镜F数的变化,并且与传统标量理论进行了比较.结果表明,随着F数的减小,标量理论和严格矢量理论得到的透镜衍射效率之差逐渐加大;在大F数情况,TM极化波入射时微柱透镜的衍射效率要略高于TE极化波入射的情况.     

衍射微柱透镜聚焦特性的严格电磁分析

利用时域有限差分(FDTD)方法作为严格电磁计算模式，分析了有限口径衍射微柱透镜衍射效率与透镜F数的关系。严格分析比较了在不同入射极化波(TE极化和TM极化)情况下，具有不同面型分布(连续面型和8台阶、2台阶量化面型)的微柱透镜衍射效率随透镜F数的变化，并且与传统标量理论进行了比较。结果表明，随着F数的减小，标量理论和严格矢量理论得到的透镜衍射效率之差逐渐加大；在大F数情况，TM极化波入射时微柱透镜的衍射效率要略高于TE极化波入射的情况。     

离子束刻蚀过程中台阶侧壁倾斜现象研究

从标量衍射理论出发,在傅立叶光学的基础上,建立一个数学模型,分析台阶侧壁倾斜对多阶菲涅耳透镜衍射效率的影响。并通过实验,分析影响台阶侧壁倾斜、表面粗糙度和刻蚀速率的因素,确定离子束刻蚀菲涅耳透镜的最佳工艺参数。     

256×256 Si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.     

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.     

衍射微柱透镜焦深和焦移特性的矢量分析

当衍射光学元件的特征尺寸可以与照射光波长比拟时,必须考虑光波矢量衍射特性。利用矢量分析方法——二维时域有限差分法(FDTD)对有限口径衍射微柱透镜的焦深和焦移特性进行严格矢量分析,与传统标量分析方法的结果进行了详细比较。分析给出TE波垂直入射情况下衍射微柱透镜焦深和焦移与透镜F数的关系,结果表明,微柱透镜的焦移量要大于标量分析结果,而二者得出的焦深量基本一致,这些结论对衍射微透镜的设计和实际应用有一定指导意义。同时分析了透镜面型量化对焦深和焦移的影响,讨论了矢量分析方法的数值色散、计算空间吸收边界的设置和FDTD计算区稳定电磁场向观察面的传播算法。     

256×256 Si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( 2 5 6× 2 5 6) Pt Si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 3 0μm× 4 0μm ) .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 .     

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.     

128×128PtSi红外焦平耐用硅衍射微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.     

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.     

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.     

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.     

毫米波衍折射透镜系统焦区矢量场快速分析

将快速分析单个二元衍射透镜焦区标量场的射线衍射传播法发展为矢量射线衍射传播追迹法,此方法能快速有效地分析二元衍射透镜及折射透镜组合光学系统的焦区矢量场,获得相应的成像性能。与二维时域有限差分法(2D-FDTD)相比,矢量射线衍射传播追迹法的计算时间显著缩短。矢量射线衍射传播追迹法与2D-FDTD计算结果及实验结果对比验证了其正确性。     

文摘

据知,在某种条件下,表面全开型衍射器件象折射透镜那样工作。本文作者弄清了表面全开型衍射的一种开诺全息透镜的衍射作用和折射作用的关系。一般情况下.开诺全息照片是通过各波带光的干涉效应而形成图像的,但如果只考虑一个波带,那么其透镜作用是通过折射效应而产生的。用菲涅耳衍射积分分别求得由干涉效应和折射效应产生的轴上标量范围,其结果表明,衍射透镜的轴上标量范围可看作是与衍射透镜波带数相对应数的折射透镜的干涉。另外,求得了衍射器件和     

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。     

线性啁啾相位掩模的研制

利用严格耦合波理论分析了线性啁啾相位掩模的衍射特性,得到只有当相位掩模的占宽比在0.37～0.50之间,槽形深度在242～270 nm之间时,才能保证零级衍射效率小于2%.同时正负一级的衍射效率大于35%.在此基础上,利用全息一离子束刻蚀和反应离子柬刻蚀相结合的新方法,制作了中心周期为1000 nm,啁啾率1 nm/mm,有效面积为100 mmX10 mm的线性啁啾相位掩模.发现先用短时间Ar离子束刻蚀对光刻胶光栅掩模槽形进行修正,然后采用CHF3反应离子束刻蚀,能得到更合适的占宽比,从而确定了刻蚀新工艺.实验测量表明其零级衍射效率小于2%,正负一级衍射效率大于35%,最大非线性系数为1.6%.理论分析表明该相位掩模能够满足制作线性啁啾光纤光栅的需要.     

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。     

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.     

耦合波法和模式匹配法分析亚波长光栅中的光场分布

对于亚波长微结构光学元件,其特征尺寸为波长量级或亚波长量级,刻蚀深度也较大,标量衍射理论中的假设和近似己不再成立.此时,光的偏振性质和不同偏振光之间的相互作用对光的衍射结果起着重大作用,因此,必须应用严格的矢量衍射方法来分析和进行设计.在光栅问题的精确数值汁算方法中,目前常用的两种方法为耦合波法和模式匹配法.我们应用耦...     

矢量涡旋光束经光阑-透镜系统的OAM与偏振特性

与标量涡旋光束不同,矢量涡旋光束同时具有各项异性的空间偏振分布和螺旋相位分布,并携带与相位分布有关的轨道角动量(Orbital angular momentum,OAM)。根据柯林斯衍射积分理论,得到了傍轴近似条件下矢量涡旋光束的OAM密度,实验采集了矢量涡旋光束通过光阑-透镜系统后的光场,详细讨论了光阑截断参数以及光阑-透镜间距等参数对矢量涡旋光场及其OAM密度的影响。结果表明:相比标量涡旋光束,矢量涡旋光束OAM通过光阑系统后随传输距离的衰减更慢,受光阑截断参数影响更小。矢量涡旋光束偏振态不受光阑-透镜系统影响,截断参数大于4.2时,轨道角动量密度和光强不受截断参数影响。在透镜焦点位置处,OAM密度达到最大值。研究结果为矢量涡旋光束OAM特性的应用提供理论依据。