全息瞄准镜相位型分划板的理论及设计方法研究

摘要

本文研究了全息瞄准镜相位型分划板的理论及设计方法，目的是设计具有浮雕结构的纯相位型衍射元件，以此实现传统意义上的全息瞄准分划板的功能。
　　本文在研究全息瞄准镜工作原理及计算机制全息图和衍射微光学理论的基础上，对纯相位型分划板的成像理论进行了分析，建立了衍射光场的数理模型，研究了分划板表面相位结构的设计方法。在理论研究的基础上，分别对瞄准靶标图案及雪花图案的衍射结构进行了设计，并结合光刻工艺的特点，对所设计的相位结构进行了二台阶和四台阶的量化处理。利用MATLAB软件编程进行了再现像的仿真计算，并且根据设计结果完成了实验样件的制作，开展了全息再现实验。
　　理论研究结果表明，在已知工作波长和记录介质折射率的情况下，通过控制记录介质表面微结构的宽度和高度来调制光波，可以实现预期虚拟图形的成像。采用相息图式与计算全息图式两种不同方法设计的衍射结构，最小特征尺寸分别为8μ与16μm。理论计算和仿真模拟再现像的结果表明，在未考虑加工误差的情况下，所提供的这种相位型计算全息图的设计方法是可行的，此方法可推广用于其它任意特定图案的相位型计算全息图的设计，也可用于设计具有光束整形功能的衍射光学元件。
　　本论文研究的全息分划板的设计方法，充分利用了纯相位型全息元件表面具有凸凹不平的结构的特点，用此思路设计全息分划板的表面浮雕衍射结构，有利于将来采用模压复制的方法批量生产，克服传统的光学全息元件面临的加工质量稳定性和使用寿命短的缺陷，并为应用越来越广的新型纯相位型全息元件的开发提供了一种思路。

目录

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 主要研究内容

1．4 论文的组织结构

2 全息瞄准镜相位型分划板的理论分析

2．1 全息瞄准镜的理论基础

2．1．1 全息瞄准镜的特点

2．1．2 全息瞄准镜的工作原理

2．2 计算机制全息图的基本理论

2．2．1 计算全息的编码

2．2．2 用MATLAB制作计算全息图

2．2．3 计算全息图的再现

2．3 全息瞄准镜相位型分划板的成像原理

2．4 相位型计算全息元件设计理论的研究

2．4．1 相位型计算全息元件的设计方法

2．4．2 基于相息图的设计理论

2．4．3 基于计算全息干涉图的设计理论

2．5 理论创新点

2．6 本章小结

3 全息瞄准镜相位型分划板的设计

3．1 基于相息图的相位型全息元件的设计

3．1．1 相位型计算全息图结构特征尺寸

3．1．2 相位结构的计算

3．1．3 计算仿真实验

3．2 基于计算全息干涉图的相位型分划板的设计

3．2．1 相位型全息分划板结构特征尺寸

3．2．2 相位结构的计算

3．2．3 计算仿真实验

3．3 本章小结

4 相位型全息元件实验样件的制作

4．1 衍射微光学元件及制作方法

4．2 实验样件制作方法的选择

4．3 传统光刻法用于相位型全息元件的制作

4．3．1 掩模板的设计

4．3．2 光刻

4．4 本章小结

5 实验

5．1 相息图重构物光波波前实验

5．2 计算全息干涉图重构物光波波前实验

5．3 实验结果分析

5．3．1 误差来源

5．3．2 误差解决方案

5．4 本章小结

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢

声明