基于衍射光学效应的多谱图像生成与频谱分离

摘要

本文主要研究了衍射光学元件的设计及其单步光刻和湿法制作方法，设计了若干能生成图像、实现频谱分离以及获得用于DVD系统的极小聚焦光斑的衍射光学结构，完成了若干元件的工艺和光学实验。所完成的主要工作如下：
　　 (1)完成了衍射光学元件的算法设计、建模和仿真。对衍射积分所常用的几种算法，以及设计衍射光学元件的优化算法，如迭代傅立叶算法、模拟退火算法和遗传算法等，做了较为详细的分析与比较；
　　 (2)创新性地采用湿法腐蚀方法制作衍射光学元件。通过控制衬底上的掩模开孔大小来控制腐蚀深度从而得到衍射台阶结构，即通过单步光刻和单步腐蚀完成器件的整个制作过程。完成了腐蚀过程的模拟计算并获得了良好的工艺效果；
　　 (3)利用衍射光学元件生成图像。通过算法比较，采用了迭代傅立叶算法完成衍射光学元件的设计，并通过KOH湿法腐蚀工艺制成了器件。光学实验表明，通过所制器件能清晰生成所预定的光学图像；
　　 (4)采用加权迭代傅立叶算法设计了能进行光束频谱分离的衍射光学元件。仿真结果显示，通过所设计的衍射元件，可以把三色入射光分别聚焦到指定位置。采用湿法腐蚀工艺制作出了原理性样品；
　　 (5)完成了采用衍射光学元件将高斯光束聚焦为极小光斑这一任务的部分研究工作。仿真结果表明，高斯光束能够被聚焦到亚微米尺度。采用湿法腐蚀制作出样片，通过与商用非球面透镜聚焦效果进行比较，证明了方案的可行性。
　　 综上所述，本文对衍射光学元件的设计方法和制作工艺进行了较为深入的探索，创新性地采用单步光刻和单步湿法腐蚀工艺制作出了多阶相位衍射光学元件，工艺成本与复杂度均较传统方法大为降低。