基于微光学器件数字分形掩模技术的研究与应用

摘要

随着激光技术和微细加工技术的发展，微光学元件特别是衍射微透镜在现代通讯、军事应用、空间技术、超精加工、信息处理、生物医学及娱乐消费等众多领域中的广泛应用，与微光学领域相关的设计、制作与应用技术的研究受到越来越多的重视。 本文针对如何提高微光学的横向分辨率及目前传统的灰阶掩模存在高频信息容易丢失等问题进行研究，提出了数字分形掩模技术，并以折衍混合器件为实例，对数字分形掩模技术的应用进行分析。该技术利用自行研制的基于DMD(Digital Micromirror Device)数字掩模技术的精缩投影曝光系统，将计算机生成的数字掩模图形等效成灰度掩模，然后经DMD精缩投影成像到涂有光刻胶的玻璃基板上，最后经过显影、刻蚀制作衍射微透镜。数字分形掩模技术可以提高微光学器件的横向分辨率，增强器件的衍射效率。其中重点介绍了台阶分形掩模技术，周期分形掩模技术和混合分形掩模技术。 由于折衍混合光学成像系统相对于纯衍射元件成像而言，具有宽的工作波长范围，充分利用了传统光学元件和衍射光学元件各自的特点，有效的简化光学系统结构、减轻重量、缩小体积和改善成像质量。基于此，本文利用ZEMAX软件设计了折衍混合器件,并以机载折衍混合器件为实例，具体分析了数字分形掩模技术的应用。首先，利用VC编程，设计出针对折衍混合器件衍射面的分形掩模的模拟软件；然后，基于DMD数字灰度掩模制作系统进行实验，给出了仿真和实验结果，并对各种数字分形掩模技术的优越性进行分析，证明了数字分形掩模技术的优越性。 对于器件的制作误差，本文分析了由于DMD数字灰度掩模制作系统导致的误差，并分析了由数字分形掩模技术引起的误差。