一种二元整形元件激光直写方法的实验研究

为了实现具有复杂位相结构的二元光束整形元件,提出了采用方光点的激光直写系统来逐点光刻浮雕位相结构的方法,通过双远心投影缩微光路获得5～20 μm方点,光点尺寸对应于最小位相单元,从而获得了位相结构的高质量直写. 分析了高斯光点和方光点位相单元结构对二元整形元件衍射效率的影响,方形两台阶二元整形元件的+1级衍射效率达到31%,给出了实验结果.

光纤相移点衍射干涉仪关键技术

为了实现光学系统波像差的高精度检测,引入了改进的光纤相移点衍射干涉仪,介绍了其工作原理,并对干涉仪的关键部件包括激光光源及光纤的参数进行了选择和分析。经测试,激光光源功率稳定性约为1%(10 min),光斑尺寸在实现最佳耦合效率允许范围内,光束位置稳定度约为6μm,相干长度为1 cm左右,都在测试精度允许范围内;选择了纤芯直径为3.5μm的单模不保偏光纤,对光纤端面镀半反半透金属膜,实现了较高的条纹对比度和光能利用率,并设计了波前参考源,方便了光纤端面的抛光、镀膜及装卡。最后,利用选择的部件搭建了光纤相移点衍射干涉仪实验装置,为最终能够实现光学系统波像差的高精度检测提供了前期的准备。

二元光学元件的耦合波分析

基于Ｍａｘｗｅｌ方程组和电磁场的边界连续条件，本文导出了二元光学器件的严格的耦合波方程，指出各级次衍射波之间存在着相互耦合效应。用严格的耦合波衍射理论对二元位相光栅的衍射特性进行了分析，并与标量衍射理论分析的结果作了比较。

光学系统中的二元光学元件

本文回顾了二元光学元件的发展过程，简要介绍了用于校正光学系统象差的二元光学元件的设计及制作过程，对其应用领域，局限性和发展前景作了简要分析。

双光纤相移点衍射干涉仪装调技术

为了实现对极紫外光刻物镜系统波像差的超高精度检测,引入了双光纤相移点衍射干涉仪,介绍了其工作原理,并对干涉仪的装调方案进行了精密的设计。解决了各个元器件的精确定位问题,保证了进入光纤之前的测试光和参考光严格垂直,实现了耦合系统与光纤之间最大的耦合效率和干涉条纹最大的条纹对比度,为最终能够实现极紫外光刻物镜系统波像差的超高精度检测提供了前期准备。装调完毕后,利用实验装置对某一光学系统进行了测量,使用十三步相移算法还原被检光学系统波像差,得到了较好的结果,测试结果为:PV值为37.82 nm,RMS值为7.83 nm。

大视场折/衍混合系统光学设计

本文讨论了二元光学器件作为象质补偿器应用于大视场时的情况，并采用Ｚｅｍａｘ 软件设计了适用于紫外波段的折／衍混合系统。光学系统的焦距ｆ＝ １３ｍｍ ，Ｆ／＃ ＝２．５，λｃ＝０ ．２８５μｍ ，２ω＝ ６０°。通过比较两种材料和两种平衡象差的方案。

几种有应用前景的二元光学元件的研究

利用二元光学技术制成二元光学元件，它可以制作有特殊功能高衍射效率的光学元件。本文介绍了这种技术的基本原理、制作工艺和流程以及近年来研究的几种有应用前景的二元光学元件。

二元光学衍射透镜波象差分析

通过对衍射透镜一级衍射象的波象差分析。

二元光学元件及其应用

叙述一种新型衍射光学元件──—二元光学元件的设计原理及其制造方法。分析二元光学元件的衍射效率和色差，讨论光刻法对其最小特征线宽的限制因素，阐明二无光学元件的特点及应用。

二元光栅衍射特性的矢量理论分析

根据麦克斯韦基本方程组，推导了描述二元光栅衍射特性的矢量理论分析方法——严格的耦合波方法，给出了ＴＥ、ＴＭ 两种偏振模式入射下的耦合波方程。应用该方法对二元位相光栅的衍射特性进行了分析，验证了该方法的收敛性及准确性。讨论了光栅周期、光栅深度、入射波入射角度等参数对光栅衍射特性的影响。

二元光学元件衍射效率的分析与计算

衍射效率对于二元光学元件是一个非常重要的概念 ,也是一个重要的器件性能指标。从理想的锯齿形相位轮廓入手 ,利用标量衍射理论 ,分析并导出锯齿形一维位相光栅的衍射效率的计算公式。进而讨论在二元光学技术中 ,以台阶状的轮廓逼近锯齿形相位轮廓的机制 ,构造台阶状光栅的相位轮廓函数 ,从而导出其透过函数和角谱 ,得出二元光学元件衍射效率的理论公式 。

二元平场透镜

讨论二元平场透镜的光学特性和象差。这种透镜不引入光焦度，当物体位于无限远处孔径光阑与透镜重合时，不产生初级球差、彗差、象散和轴外色差，但是它对场曲、畸变和轴上色差有贡献。给出了两个用于校正双胶合透镜组的场曲的二元透镜实例。计算结果表明，二元透镜在平场光学系统中具有实用价值。

二元光学元件及其应用

二元光学的研究与应用是２１世纪重点研究课题之一，它将使应用光学领域发生革命性的飞跃。在研究二元光学元件发展过程的基础上，简要介绍了二元光学元件的设计与制造工艺，列举了在图形识别、视力矫正、生物视觉模拟系统等几方面的应用，并对其应用领域及发展前景做了简要分析，为二元光学的进一步研究打下基础。

液体可变焦折衍混合光学系统

提出了一种液体可变焦折衍混合光学系统,该系统将传统的折射透镜的其中一面设计成二元面,通过改变折射系统的曲率半径来实现对整个光学系统的焦距的调节.这种液体可变焦折衍混合光学系统的主要优点是能够消除色差.经实验证明该光学系统焦距和折射系统的曲率半径呈线性变化关系并且在变焦的同时很好的解决了色差问题.

阵列位相环匀光器

基于衍射光学中的角谱理论,针对一种分布为同心3环、相位为0.9π,0和0.9π的结构进行深入分析,提出一种10×10的3环2值位相环阵列结构,并与二元光学中的10×10的菲涅尔波带片阵列结构进行比较,应用MATLAB软件仿真632.8nm激光器的高斯光通过二者后的效果。结果表明,阵列3环2值位相环对高斯光的匀光效果要明显优于阵列菲涅尔波带片,该阵列可以对激光束在远场的衍射光场进行修正,能较大地改善高斯光的匀光效果,在光均匀性要求较高的场合具有广泛的应用前景。

二元光学元件各级光强的分布规律和衍射效率

用振幅矢量作图法研究二元位相元件各级衍射光强的分布规律．并得出了普遍的衍射效率公式，方法简便，物理图像清晰，结果普遍适用。

用于可见光波段的二元光学混合光学系统的设计与应用

研制了一套应用于可见光波段(中心波长632.8 nm)的二元光学谐衍/折混合光学系统。设计要求为:焦距120 mm,入瞳孔径60 mm,F/#数为2,波面峰谷值(P-V)在λ/10以下。因为加工误差等因素,其P-V测得约λ/5,但已满足Strehl判据(<λ/4),结果验证了二元光学元件(BOEs)在可见光波段应用的可行性。系统中,二元面采用8台阶3次套刻,掩模最小线宽为102μm。根据测试结果,提出了改进现有系统缺陷的方向和措施。

提高激光束整形质量的新方法

从设计优化算法和拟合方法两方面,研究了提高二元光学元件(BOE)激光束整形性能的方法。利用盖师贝格-萨克斯通(GS)算法和平滑修正法相结合的混合算法以及改进的平滑修正法,在保持顶部均匀性的前提下提高了能量转换效率,在极坐标下得到了高质量的均匀圆光束和空心环形光束输出。研究了元件半径、采样点数和初始半径与拟合精度之间的关系。在Zemax中得到了合理的BOE相位结构,输出光束满足设计要求。

大气湍流像差对空间零差二进制相移键控相干光通信误码性能的影响

通过研究不同大气湍流条件下的系统误码率(BER)来说明大气湍流引起的波前畸变给零差二进制相移键控(BPSK)相干光通信系统带来的恶劣影响。结果显示,大气湍流引起的像差可以独立于系统信噪比(SNR)作用于相干光通信系统,导致误码出现。即使在SNR无限大的情况下,当接收光信号的波面峰谷值(PV)大于一个波长后,就容易出现误码;并且随着SNR的降低,对波面PV的要求更加严格。另外,大气湍流引起的光强起伏和相位畸变会导致相干混频效率急剧下降,从而增加系统误码率。

采用相位调制实现冷原子或冷分子囚禁的改进型空心光阱

提出了采用单束平面光波照射圆孔与二元相位板组合系统产生蓝失谐空心光阱的新方案,分析了空心光阱的光强分布和相应的光学囚禁势分布与相位板相位值φ的关系,并导出了光阱的几何参量与光学系统参量间的解析关系。研究发现,通过二元相位板的相位调制作用可改善空心光阱的光强分布,产生具有更大囚禁体积和更高有效光强的空心光阱。当用功率100 W波长540 nm的倍频掺镱光纤激光照射圆孔与π相位板组合系统时,对87Rb原子的光学囚禁势可达80.2μK,该方案不仅装置简单可行,操作方便,而且在冷原子分子物理、原子分子囚禁和生命科学领域,有着广阔的应用前景。