摘要：基于波动光学理论,计算了由衍射、球差和色差三者共同作用的电子束斑电流分布,得到了电子束斑的精确信息和电子束曝光机的轴上分辨率。针对某一个具体系统的不同电子束孔径角,以偏转器的位置和相互转角为变量进行了偏转系统的优化设计;综合考虑了电子光学系统的衍射、轴上像差和偏转像差三者与光阑孔径角的不同关系。得到了光柱体的最佳总体性能,保证了电子束曝光机的高分辨率和均匀性。

摘要：运用ZEMAX光学设计软件基于Liou-Brennan眼模型,材料选用疏水性丙烯酸酯,设计了前表面为衍射面,后表面为非球面的多焦点人工晶体,该设计利用0级、+1级衍射级次,当物在不同位置时,使不同衍射级次发挥作用.对于所设计的人工晶体,采用的附加光焦度为1.66D,即两个焦点处的光焦度分别对应20D、21.66D,小附加光焦度的确立旨在着重优化人工晶状体在中距处的光学质量.首先基于衍射光学理论计算衍射面的衍射效率,利用ZEMAX光学设计软件得到衍射面及非球面的光学参数,继而利用MATLAB模拟仿真软件模拟衍射面位相结构及实际表面轮廓,最后利用单点金刚石超精密车床对所设计的人工晶体进行加工,根据实测光学调制传递函数分析所设计的人工晶体的光学质量并利用实测离焦量曲线验证附加光焦度的正确性.该设计满足光学调制传递函数在空间频率50lp/mm处大于0.3,可为白内障患者在不同距离视物提供较好的视觉清晰度.新型人工晶体应用于物距为75.3cm的工作距离,为小附加光焦度人工晶体应用领域提供理论及实验基础.

摘要：基于斜入射衍射光学元件的正常工作模式,建立了斜入射下入射角度和入射波长对双波段双层衍射光学元件衍射效率影响的数学模型,给出了对应双层衍射光学元件的优化设计方法。通过在入射角度范围内优化设计波长对,计算双层衍射光学元件微结构高度,确保了斜入射时双层衍射光学元件仍具有高衍射效率,弥补了双层衍射光学元件的缺陷。该方法能够指导双波段折衍混合成像系统的设计,也可以扩展至多波段多层衍射光学元件的设计中。依据该方法,设计了一套基于双层衍射光学元件的中/长波双波段折衍混合光学系统。结果表明,与常规设计相比,该方法的设计理论更加合理,设计结果更优。

摘要：以衍射光学元件相位延迟表达式为理论基础，采用光学材料的折射率柯西色散近似公式，研究并得到了多层衍射光学元件的相位延迟与材料的关系，以及衍射效率与设计波长的关系。在400～700nm可见光波段，以聚甲基丙烯酸酯和聚碳酸酯为基底材料，由柯西色散近似公式设计的多层衍射光学元件的最大带宽积分平均衍射效率为99．62％，相应的设计波长为440．5nm和605．5nm。用该组设计波长和不同设计方法确定的设计波长，对多层衍射光学元件的衍射效率和带宽积分平均衍射效率进行了分析，得到了相应的衍射效率分布误差，进一步揭示了多层衍射光学元件的衍射效率与材料无关，只与设计波长有关。

摘要：针对传统衍射透镜在可见光波段工作波长单一、色散严重等问题,提出一种能同时在多个波长工作的衍射透镜的设计方法,该设计方法可以让衍射透镜在几个波长处具有相同位置的焦点,解决了传统衍射透镜在成像时焦点偏移的问题,将所设计的透镜命名为多波长衍射透镜。通过最小化一个目标函数来寻找衍射透镜表面每一个位置的最佳微结构高度,该目标函数描述了多波长衍射透镜在工作波长处的复透射函数与传统衍射透镜的复透射函数的偏差。基于该方法设计了适用于三波段的衍射透镜,并采用标量衍射理论进行仿真分析,结果显示其在设计波段内具有良好的消色差效果。

摘要：为了解决目前光学分束器件衍射效率低的问题,在传统的Gerchberg-Saxton(GS)算法基础上,对初始相位和迭代算法中的振幅限制方式作改进.先利用二次相位来作为迭代算法的初始相位,再在迭代过程中将输出平面分为信号区和噪音区两部分,保持这两部分的相位不变,信号区内振幅乘上一个随迭代次数不断变化的因子,噪音区内振幅保持不变.通过该方法设计9×9连续面形的分束器件,并与传统GS算法设计的分束器进行了对比,结果表明:GS算法设计得到的分束器相位存在严重的突变和不连续等问题,而本文方法设计得到的分束器相位连续平滑,可利用移动掩模技术加工.最终制备出1×3和1×9分束器,其实测的衍射效率分别为83.5%和89.4%,均匀性误差分别为3.56%和15.23%.

摘要：为了提高相位光栅位置测量系统的测量精度,需要降低零级和偶衍射级次信号的衍射效率,同时提高高奇衍射级次信号的衍射效率。目前,已知的增强型相位光栅衍射效率模型限制了结构参数取值范围,在设计时以某一高奇衍射级次信号作为优化目标。为设计针对多个高奇衍射级次信号的衍射增强、零级和偶衍射级次缺级的相位光栅结构,对增强型相位光栅衍射效率进行了深入研究。该研究基于标量衍射理论,建立相位光栅结构与衍射效率理论模型;分析光栅结构参数如槽深、栅脊宽度、栅脊位置对衍射效率的影响;根据相位光栅位置测量系统的约束条件,获得多奇衍射级次增强型光栅结构。这种结构不仅使零级和偶衍射级次缺级,而且同时提高了第5、7、9衍射级次的衍射效率。本研究有利于深入理解增强型相位光栅衍射原理,为光栅设计提供支撑。

摘要：提出一种改进的Gerchberg-Saxton(G-S)算法,实现了基于环形光束的衍射光学元件的精确设计。所提算法可以确保输出平面上有小的采样间隔,起到了抑制散斑的作用;与未采用散斑抑制的常规的改进G-S算法相比,所提算法得到了更高性能的均匀光斑;仿真结果和实验结果一致。

摘要：针对传统衍射透镜工作在宽波段时色散严重、像质不佳的问题,提出一种基于RGB三波段的单片式分区消色差衍射透镜的设计方法。采用标量衍射理论对等宽度和等面积两种分区方式进行仿真分析,并在点扩展函数和衍射效率等方面与传统衍射透镜进行对比和分析。分析结果显示,分区消色差衍射透镜在RGB三波段工作时,三个波长衍射效率的标准偏差由传统衍射透镜的0.6607下降到0.1519和0.0592,同时保持良好的成像效果。最后,考虑到实际加工情况,分别仿真了不同分区方式下微结构量化为八台阶所对应的光学性能参数。结果表明,所设计方法可以使得工作在RGB三波段的衍射透镜具备良好的消色差性能,具有一定的实用性和普适性。

摘要：通过考虑互相关联的光学和工艺参数 ,设计了 3～ 5 μm红外 12 8× 12 8硅衍射微透镜阵列 .阵列中微透镜的孔径为 5 0 μm,透镜 F数为 f/ 2 .5 ,微透镜阵列的中心距为 5 0 μm.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 .