任意結構衍射光學元件的制作系統(tǒng)及方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種任意結構的衍射光學元件設計方法，屬于光學元件領域。
【背景技術】
[0002] 衍射光學元件被廣泛應用到許多光學領域，例如波前整形，全息投影，光學加 密等。設計光學元件其實是振幅和位相的復原。傳統(tǒng)的光學元件設計是基于優(yōu)化的 迭代算法，例如R.W.Gerchbergand於 0?Saxton，"Apracticalalgorithmfor thedeterminationofphasefromimageanddiffractionplanepictures，，'J. R.Fienup，"ReconstructionofanobjectfromthemodulusofitsFourier transform，"中提到的GS算法，G.Yang，B.Dong，B.Gu，JZhuang，and0?K.Ersoy， "Gerchberg-SatonandYang-Gualgorithmforphaseretrievalinanonunitary transformsystem:acomparison"，中提到的楊-顧算法和S.Kirkpatrick，C.D. Gelatt，andM.P.Vecchi，"Optimizationbysimulatedannealing，" 中的模擬退火 算法等。這些算法在輸出平面上只是近似的得到了振幅而忽略了相位。然而，在許多的 光學系統(tǒng)中，能夠精確的同時調制振幅和相位的衍射光學元件是非常必要的。任意結構 衍射光學元件通常是通過多層掩模板，灰階掩模板，電子束刻蝕等方法實現(xiàn)的，比如Z. Cui. "Micro-Nanofabricationtechnologiesandapplications，'。這些技術非常的耗 時而且昂貴。利用全息干涉的方法制作衍射光學元件是非常有效且成本低廉的方法，尤其 是在制造大面積衍射光學元件時。然而，傳統(tǒng)的全息干涉方法只能制作筒單的光柵結構或 者筒單的平面鏡，比如M.Fariioud，J. Ferrera，A.J.Lochtefeld,et.al."Fabricationof200nmperiodnanomagnet arrays usinginterferencelithographyandanegativeresist"，T.A.Savas,Satyen N.Shah,M.L.Schattenburg,et.al^Achromaticinterferometriclithographyfor 10〇-nm--periodgratingsandgrids"，H.H.Solak，Y.Ekinci,andP.Kaser ^Photon-beamlithographyreaches12. 5nmhalf-pitchresolution"，A.Fernandez, H.T.Nguyen,J.A.Britten,et.al."Useofinterferencelithographytopattern arraysofsubmicronresiststructuresforfieldemissionflatpaneldisplays，，' 和M.Campbell，D.N.Sharp,M.T.Harrison,et.al."Fabricationofphotonic crystalsforthevisiblespectrumbyholographiclithography" 等等。
[0003] 衍射光學元件被廣泛應用到許多光學領域，例如波前整形，全息投影，光學加密 等。設計光學元件其實是振幅和位相的復原。傳統(tǒng)的光學元件設計是基于優(yōu)化的迭代算法， 例如GS算法，楊-顧算法和模擬退火算法等。這些算法在輸出平面上只是近似的得到了振 幅而忽略了相位。然而，在許多的光學系統(tǒng)中，能夠精確的同時調制振幅和相位的衍射光學 元件是非常必要的。任意結構衍射光學元件通常是通過多層掩模板，灰階掩模板，電子束刻 蝕等方法實現(xiàn)的。這些技術非常的耗時而且昂貴。利用全息干涉的方法制作衍射光學元件 是非常有效且成本低廉的方法，尤其是在制造大面積衍射光學元件時。然而，傳統(tǒng)的全息干 涉方法只能制作簡單的光柵結構或者簡單的透鏡，而大面積的制作任意結構的衍射光學元 件一直是本領域的一個難題。
[0004]因此，現(xiàn)有技術有待于進一步的改進。

【發(fā)明內容】

[0005] 鑒于上述現(xiàn)有技術的不足之處，本發(fā)明的目的在于提供一種任意結構衍射光學元 件的制作系統(tǒng)及方法。
[0006] 為了達到上述目的，本發(fā)明采取了以下技術方案： 一種任意結構衍射光學元件的制作系統(tǒng)，其中，包括：激光器、分束鏡、準直透鏡、空間 光調制器和全息干板； 激光器發(fā)出的光束經過分束鏡和準直透鏡變?yōu)槠矫娌?，一束光作為參考光，另一束?過空間光調制器的調制，成為物光波；所述參考光和所述物光波形成相干光，照射到全息干 板上，在全息干板上形成干涉條紋，所述干涉條紋經過兩次曝光，制造出記錄干涉條紋的衍 射光學兀件。
[0007] -種任意結構衍射光學元件的制作方法，其中，包括以下步驟： A、 從激光器發(fā)出的光束經過分束鏡和準直透鏡后變?yōu)閮墒矫娌?，一束光波作為參?光波，另一束光波作為物光波； B、 所述物光波被調制成兩束具有不同的相位的光波后，輸入到空間光調制器上； C、 所述參考光波被調制成與上述步驟B中物光波相同的相位后，與空間光調制器發(fā)出 的兩束光波，形成兩對相干光照射入全息干板中； D、 所述全息干板經過化學顯影定影漂白過程后，即制作出衍射光學元件。
[0008] 所述任意結構衍射光學元件的制作方法，其中，在上述步驟C中： 所述物光波被調制后形成的兩束具有不同的相位的光波的相位分別為 約和?，則位相為《光波經過空間光調制器后，與其等相位的參考光波形成干涉光；位相 為朽光波經過空間光調制器后，與其等相位的參考光波形成干涉光。
[0009] -種任意結構衍射光學元件的制作方法，其中，包括以下步驟：首先，通過解析分 別得到輸入面P1和輸入面P2的相位分別為約和％,兩束光通過分束鏡，兩束光在平面輸 出面處可表示為=C/, ++C/2 ;其次，純位相&被加載到SLM上，通過物光波和平面參 考光波的干涉，被記錄在全息材料中
【主權項】
1. 一種任意結構衍射光學元件的制作系統(tǒng)，其特征在于，包括：激光器、分束鏡、準直 透鏡、空間光調制器和全息干板； 激光器發(fā)出的光束經過分束鏡和準直透鏡變?yōu)槠矫娌?，一束光作為參考光，另一束?過空間光調制器的調制，成為物光波；所述參考光和所述物光波形成相干光，照射到全息干 板上，在全息干板上形成干涉條紋，所述干涉條紋經過兩次曝光，制造出記錄干涉條紋的衍 射光學兀件。
2. -種任意結構衍射光學元件的制作方法，其特征在于，包括以下步驟： A、 從激光器發(fā)出的光束經過分束鏡和準直透鏡后變?yōu)閮墒矫娌?，一束光波作為參?光波，另一束光波作為物光波； B、 所述物光波被調制成兩束具有不同的相位的光波后，輸入到空間光調制器上； C、 所述參考光波被調制成與上述步驟B中物光波相同的相位后，與空間光調制器發(fā)出 的兩束光波，形成兩對相干光照射入全息干板中； D、 所述全息干板經過化學顯影定影漂白過程后，即制作出衍射光學元件。
3. 根據如權利要求2所述任意結構衍射光學元件的制作方法，其特征在于，在上 述步驟C中：所述物光波被調制后形成的兩束具有不同的相位的光波的相位分別為 錢和朽，則位相為錢光波經過空間光調制器后，與其等相位的參考光波形成干涉光；位相 為％光波經過空間光調制器后，與其等相位的參考光波形成干涉光。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種任意結構衍射光學元件的制作系統(tǒng)及方法，包括：激光器、分束鏡、準直透鏡、空間光調制器和全息干板；所述激光器發(fā)出的光束經過分束鏡和準直透鏡變?yōu)槠矫娌?，一束光作為參考光，另一束通過空間光調制器的調制，成為物光波；所述參考光和所述物光波形成相干光，照射到全息干板上，在全息干板上形成干涉條紋，所述干涉條紋經過兩次曝光，制造出記錄干涉條紋的衍射光學元件。本發(fā)明利用解析的方法設計和制造任意結構衍射光學元件。首先進行了數值模擬和光學實驗，兩者得到很好的吻合。
【IPC分類】G03H1-12, G02B5-18
【公開號】CN104614969
【申請?zhí)枴緾N201510029669
【發(fā)明人】馬曉璐
【申請人】佛山市智海星空科技有限公司
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2015年1月21日