任意結構衍射光學元件的製作方法

2023-05-14 02:16:11 3

任意結構衍射光學元件的製作方法
【專利摘要】本發明提供了一種任意結構衍射光學元件的製作方法，包括以下步驟：通過解析分別得到輸入面P1和輸入面P2的相位分別為和兩束光通過分束鏡，純位相被加載到SLM上，U1通過物光波和平面參考光波的幹涉，被記錄在全息材料中；純位相被加載到SLM，U2通過同樣的方式被記錄在全息材料中，則I＝I1+I2；最後，經過化學顯影定影漂白過程後，製造需要的全息衍射光學元件。本發明利用解析的方法設計和製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。如果有精密的對準儀器可以採用，則可以利用兩個SLMs來實現快速準確的具有精密複雜位相的衍射光學元件的製作。
【專利說明】任意結構衍射光學元件的製作方法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種任意結構的衍射光學元件設計方法，屬於光學元件領域。

【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。傳統的光學元件設計是基於優化的迭代算法， 例如 R. W. Gerchberg and W. 0· Saxton,A practical algorithm for the determination of phase from image and diffraction plane pictures,，'J. R. Fienup,"Reconstruction of an object from the modulus of its Fourier transform,，'中提至lj的GS算法,G. Yang, B. Dong, B. Gu,J Zhuang,and 0· K. Ersoy, "Gerchberg-Saton and Yang-Gu algorithm for phase retrieval in a nonunitary transform system ：a comparison，'，中提至lj的楊-顧 算法和 S. Kirkpatrick, C. D. Gelatt, and Μ. P. Vecchi, "Optimization by simulated annealing，"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，在許多的光學系統中，能夠精確的同時調製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 方法實現的，t匕如 Z. Cui. "Micro-Nanofabrication technologies and applications，'。 這些技術非常的耗時而且昂貴。利用全息幹涉的方法製作衍射光學元件是非常有效且成 本低廉的方法，尤其是在製造大面積衍射光學元件時。然而，傳統的全息幹涉方法只能 製作簡單的光柵結構或者簡單的平面鏡，比如M. Farhoud，J. Ferrera，A. J. Lochtefeld, et.al. "Fabrication of 200nm period nanomagnet arrays using interference lithography and a negative resist^, T. A. Savas, Satyen N. Shah, M. L. Schattenburg, et. al" Achromatic interferometric lithography forl0〇-nm-period gratings and grids，',Η. H. Solak,Y. Ekinci,and P. KSser " Photon-beam lithography reachesl2. 5nm half-pitch resolution " , A. Fernandez, Η. T. Nguyen, J.A.Britten, et.al. "Use of interference lithography to pattern arrays of submicron resist structures for field emission flat panel displays, " 和 M. Campbell, D. N. Sharp, Μ. T. Harrison, et.al. " Fabrication of photonic crystals for the visible spectrum by holographic lithography" 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。傳統的光學元件設計是基於優化的迭代算法， 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，在許多的光學系統中，能夠精確的同時調製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 蝕等方法實現的。這些技術非常的耗時而且昂貴。利用全息幹涉的方法製作衍射光學元件 是非常有效且成本低廉的方法，尤其是在製造大面積衍射光學元件時。然而，傳統的全息幹 涉方法只能製作簡單的光柵結構或者簡單的透鏡。而大面積的製作任意結構的衍射光學元 件一直是本領域的一個難題。


【發明內容】

[0004] 鑑於上述現有技術的不足之處，本發明的目的在於提供一種任意結構衍射光學元 件的製作方法。
[0005] 為了達到上述目的，本發明採取了以下技術方案：相較於現有技術，本發明提供的 任意結構衍射光學元件的製作方法，包括以下步驟：
[0006] 首先，通過解析分別得到輸入面P1和輸入面P2的相位分別為灼和鶴，兩束光通過 分束鏡，兩束光在平面輸出面處可表示為Ae ia =Ui+U2;
[0007] 其次，純位相灼:被加載到SLM上，％通過物光波和平面參考光波的幹涉，被記錄在 全息材料中

【權利要求】
1. 一種任意結構衍射光學元件的製作方法，其特徵在於包括以下步驟： 首先，通過解析分別得到輸入面P1和輸入面P2的相位分別為灼詳P朽，兩束光通過分 束鏡，兩束光在平面輸出面處可表示為Aeia = A+U2 ; 其次，純位相納被加載到SLM上，％通過物光波和平面參考光波的幹涉，被記錄在全息 材料
再次，純位相朽:被加載到SLM，U2通過同樣的方式被記錄在全息材料4
I =工1+工2 ; 最後，經過化學顯影定影漂白過程後，製造需要的全息衍射光學元件。
2. -種任意結構衍射光學元件的製作方法，其特徵在於包括以下步驟：
步驟一、兩位相板分別作為輸入面P1和輸入面P2,通過解析分別得到輸入面P1和輸入 面P2的相位分別為灼和朽，平面鏡作為輸出面P3,所述輸入面P1和輸入面P2垂直設置， 在輸入面P1和輸入面P2的法線交匯處設置分束鏡，平面波照射輸入面P1和P2,調製成波 前為4,€^和4^0^的光波，設= Aa = 1，通過分束鏡，兩束光在平面輸出面P3處可表示 為 Aeia = 其中 指平行近似下的菲涅爾衍射或者夫 琅禾費衍射，得到相位分布為
其中，€ =Frri{Aeia}，ang(...)是指求幅角，根據解析得到的釣;和灼;得到 Aeh 假設需要製造的衍射光學元件的結構為P (x，y)，設P (x，y) = cl' (x，y)，其中c為常 數，
> 人而製作該結構的衍射光學元件； 步驟二、從雷射器發出的光束經過分束器和準直透鏡變為平面波，一束光作為參考光 R，另一束通過純位相空間光的調製，成為物光波。記錄的光學強度分布可以寫為 I (X，y) 〈0 (X，y) ? R* (X，y) > (2) 其中0(x，y)和R(x，y)分別為物光波和參考光波的復振幅。上標*表示共軛。假設 R(x，y)為平面波，則R(x，y) = ei，複雜的物光波0(x，y)通過公式⑴計算得到兩個位 相；
最後，純位相科被加載到SLM上，仏通過物光波和平面參考光波的幹涉，被記錄在全 沌位相％被加載到SLM，U2通過同樣的方式被記錄在全息材料中 12，經過化學顯影定影漂白過程後，即製作出全息衍射光學元件。
【文檔編號】G02B5/32GK104280801SQ201410539223
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年9月27日 優先權日:2014年9月27日
【發明者】鄭敏 申請人:鄭敏