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《国防科学技术大学》 2004年
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二元光学器件设计理论及并行制作技术研究

颜树华  
【摘要】:二元光学是基于光波衍射理论发展起来的一个新兴光学分支,是光学与微电子技术相互渗透、交叉而形成的前沿学科。二元光学器件,亦称衍射光学器件,具有体积小、重量轻、易复制、造价低、衍射效率高、设计自由度多、材料可选性宽、色散性能独特等优点,并能实现传统光学器件难以完成的微小、阵列、集成及任意波面变换等新功能,在诸如空间技术、超精密加工、微光机电系统、计算机技术、信息处理、光纤通信、生物医学、国防军事及娱乐消费等众多领域有很广泛的应用前景。 本文围绕二元光学器件的设计和制作等相关理论、方法及技术,研究了二元光学器件的精细化设计理论、色散特性分析、并行制作技术及新型器件设计等内容。主要研究工作和所取得的成果可归纳如下: 1.基于基尔霍夫标量衍射理论,从空间频谱角度出发,首次系统地建立了精细化设计时输入、输出平面的抽样理论。发现了空间延拓分量的存在及交叠现象,详细研究了其形成机理,导出了消除其影响的相应条件。深入地探讨了输出图样在非抽样点上的失真机理。给出了不同优化算法的近似抽样原则,并通过仿真实验验证了精细化设计时抽样理论的有效性。 2.基于杨-顾算法的基本原理,提出了扩展的二维杨-顾算法和改进的加权杨-顾算法。详细研究了二者的理论模型、迭代算法和基本运算步骤,从理论上证明了加权杨-顾算法的收敛性。二维杨-顾算法可用来设计任意结构的二维衍射光学元件,包括非旋转对称和具有非分离变量相位函数的非对称结构。而改进的加权杨-顾算法,可明显改善普通杨-顾算法对初始值选择的敏感性,避免搜索过程陷入局部极值点,同时提高衍射光学器件的性能。 3.利用材料折射率随波长变化的经验公式,系统地研究了衍射光学透镜的色散特性,详细分析了焦平面和轴向光强分布、衍射效率、焦距同波长、结构参数、材料因子之间的关系。导出了小数值孔径衍射和谐衍射透镜设计公式成立的前提条件,给出了更为准确的设计公式。利用旋转体时域有限差分法,首次探讨了二元亚波长衍射微透镜的聚焦特性和色散规律。设计了一个由相位型分束器和衍射透镜组合而成的纯衍射消色差分束组合器件,该组合器件可有效地消除分束器在垂轴方向上的色散。 4.结合严格耦合波分析理论和遗传算法,首次提出了一种设计亚波长Dammann光栅的新方法,且该新型二值相位光栅具有较高的衍射效率。分析了制作误差对其衍射效率和光强均匀性的影响,设计了多个新型二值相位光栅,其衍射效率均超过90%,比传统的Dammann光栅有较大的提高。 5.首次提出了基于电寻址透射式强度型空间光调制器的灰度掩模并行制作方法。
【学位授予单位】:国防科学技术大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:TH74

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【引证文献】
中国期刊全文数据库 前3条
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2 彭金锰;杜少军;蒋鹏志;;基于GS加权改进算法的相位恢复[J];强激光与粒子束;2013年02期
3 李社蕾;李海涛;杨喜娟;;基于蚁群算法的二元光学优化设计[J];应用光学;2008年05期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 陈龙江;曲面激光直写中若干关键技术研究[D];浙江大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 喻霞;衍射光学元件设计和超晶格中光输运性质研究[D];湖南大学;2009年
2 余湛;基于液晶空间光调制器光束整形的理论算法和实验研究[D];国防科学技术大学;2010年
3 徐琰;利用二元光学技术设计轻量化光学遥感系统[D];国防科学技术大学;2006年
4 刘鹏;利用二元光学元件实现激光波前整形[D];大连理工大学;2008年
5 张军;亚波长结构二元光学器件的设计[D];国防科学技术大学;2007年
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7 丁海生;基于LcoS的激光背投电视的光机设计[D];山东大学;2010年
8 卢有雄;基于二元光学的Christiansen滤波器的研究[D];电子科技大学;2010年
9 何超;光伏玻璃表面激光织构化技术研究[D];北京工业大学;2012年
10 程泽秀;多晶硅绒面制备工艺的研究[D];南昌航空大学;2012年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前7条
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2 田克汉,严瑛白,谭峭峰;YG算法设计衍射光学光束整形器件的两种改进[J];中国激光;2002年04期
3 谭峭峰,严瑛白,金国藩,邬敏贤,徐端颐;衍射光学束匀滑器件性能的空间频谱分析[J];中国激光;2002年08期
4 王金玉,谭峭峰,严瑛白,金国藩;圆对称衍射光学束匀滑器件的精细化设计[J];中国激光;2003年03期
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7 张景和,廖江红,刘伟,冯晓国;二元光学元件激光直接写入设备的研制[J];仪器仪表学报;2001年02期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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4 赖建军,柯才军,陈四海,易新建;微透镜阵列的制作及其与图像传感器的集成[J];半导体光电;2004年03期
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7 陈劲松;;用于衍射微光学元件制备的无掩模光刻技术[J];微纳电子技术;2006年07期
8 万青松;谢常青;贾佳;潘一鸣;刘明;吴秀龙;陈军宁;;阵列位相环匀光器[J];微纳电子技术;2010年02期
9 齐月静;王平;康果果;谢敬辉;刘祎;杨辉;赵罘;;圆形计算全息图的设计及其参数计算[J];北京理工大学学报;2006年09期
10 邹凯;;透射式计算机光学元件的改进算法[J];长春师范学院学报;2007年12期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 张启程;孙广毅;赵新;王俊伟;金纯;卢桂章;;基于体绘制技术的虚拟光刻系统建模与实现[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
2 邓履璧;;量子物理光学[A];第十五届全国量子光学学术报告会报告摘要集[C];2012年
3 梁旭;徐敏;王军华;李锦江;李旭峰;;折-衍光学镜片的单点金刚石车削与检测[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年
4 黄坤;何平安;范若;刘军伟;刘欣慰;徐明;;线激光束均匀化整形方法研究[A];第十七届十三省(市)光学学术年会暨“五省一市光学联合年会”论文集[C];2008年
5 李卫森;;衍射光学元件在激光雷达光学系统中的应用[A];第十七届十三省(市)光学学术年会暨“五省一市光学联合年会”论文集[C];2008年
6 龚勇清;刘智怀;高益庆;罗宁宁;李平贵;;一种二元光学元件阵列微芯模的工艺设计研究[A];第十七届十三省(市)光学学术年会暨“五省一市光学联合年会”论文集[C];2008年
7 陈晓荣;阮佳皓;;扩大光学系统景深中相位掩膜板的设计研究[A];2007'中国仪器仪表与测控技术交流大会论文集(二)[C];2007年
8 颜树华;李圣怡;吴学忠;杨键;;并行直写系统制作微光学器件的理论研究[A];全球化、信息化、绿色化提升中国制造业——2003年中国机械工程学会年会论文集(微纳制造技术应用专题)[C];2003年
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10 梁玲;张良;;折/衍混合红外光学系统无热设计[A];2007年光电探测与制导技术的发展与应用研讨会论文集[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 饶丰;基于个性化眼模型的人工晶体设计及其特性研究[D];南开大学;2010年
2 张梅;基于个性化眼光学结构的人眼色差的研究[D];南开大学;2010年
3 陈龙江;曲面激光直写中若干关键技术研究[D];浙江大学;2010年
4 牛爽;全景环带凝视成像光学系统的研究与应用[D];浙江大学;2010年
5 牛立刚;飞秒激光微纳加工数据模型研究[D];吉林大学;2011年
6 郑建洲;高功率激光靶面均匀辐照技术的研究[D];大连理工大学;2011年
7 刘长海;全息模式波前传感技术研究[D];国防科学技术大学;2011年
8 周哲海;轴对称偏振光束的生成、特性及应用[D];清华大学;2010年
9 李珂;用于光束整形与超分辨成像的衍射光学元件的设计和实验[D];中国科学技术大学;2011年
10 刘春雨;非球面补偿检测的准确度研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 何帅;动态渐变灰阶数字掩模技术制作微透镜的研究[D];南昌航空大学;2010年
2 饶玉芳;无掩模光刻系统的研究与设计[D];南昌航空大学;2010年
3 黄长辉;金属材料断口三维形貌检测与表征分析[D];南昌航空大学;2010年
4 韩宏颖;体积衍射光学元件的标量衍射数组分析[D];辽宁师范大学;2010年
5 马志博;光学表面微结构抗反射特性与优化设计研究[D];西北大学;2011年
6 陈伟;基于G-S算法的治疗超声相控阵声场调控研究[D];重庆医科大学;2011年
7 万勇;过剩光载流子光栅的微观机制及衍射效率的理论研究[D];电子科技大学;2011年
8 张斐;一种变距计量光栅刻划的分度定位控制系统研究[D];长春理工大学;2011年
9 索继元;基于光栅波前检测的变焦系统光学设计[D];长春理工大学;2011年
10 翟宝玉;激光成像雷达阵列照明器设计方法研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 赖建军,柯才军,陈四海,易新建;微透镜阵列的制作及其与图像传感器的集成[J];半导体光电;2004年03期
2 孙晓峰,王海燕,卢景霄,李维强;大面积多晶硅绒面的制备[J];半导体光电;2004年03期
3 孔令彬,易新建,陈四海;二元光学元件──微透镜[J];半导体技术;2001年11期
4 孔祥东,张玉林,宋会英;LIGA工艺的发展及应用[J];微纳电子技术;2004年05期
5 刘世杰,杜惊雷,段茜,罗铂靓,唐雄贵,郭永康,杜春雷;厚层抗蚀剂曝光模型及其参数测量[J];半导体学报;2005年05期
6 张新宇;陈胜斌;季安;谢长生;;采用单步光刻和湿法腐蚀工艺制作高性能衍射微透镜[J];半导体学报;2007年10期
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8 马胜利,葛利玲;电化学抛光机制研究与进展[J];表面技术;1998年04期
9 陈彩花;二元光学元件分析方法概述[J];长春光学精密机械学院学报;2000年03期
10 任智斌;朱丽思;曾皓;姜会林;;微透镜阵列的光刻胶热熔制作技术[J];长春理工大学学报;2006年04期
中国博士学位论文全文数据库 前6条
1 张增宝;投影显示系统光学引擎研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2004年
2 周杰;反射式投影显示光学系统的理论分析和应用研究[D];浙江大学;2005年
3 马韬;多层衍射光学元件设计理论及其在混合光学系统中的应用[D];浙江大学;2006年
4 甄艳坤;LCOS微投影显示中照明系统的研究和设计[D];浙江大学;2007年
5 苗向阳;太阳能玻璃的加工及应用技术研究[D];中国建筑材料科学研究总院;2009年
6 王卓;光学材料加工亚表面损伤检测及控制关键技术研究[D];国防科学技术大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 高峰;衍射光学波面整形元件及衍射型轴锥镜设计研究[D];四川大学;2002年
2 魏忠伦;基于激光显示的颜色复现的研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2004年
3 刘驰;DMD用于数字光刻成像研究[D];四川大学;2005年
4 赵云珍;遗传算法及其改进[D];昆明理工大学;2005年
5 段茜;数字光刻及其制作微光学元件的模拟研究[D];四川大学;2006年
6 孙枭东;多功能衍射光学元件的设计与分析[D];北京交通大学;2007年
7 王毅;阶跃透镜滤波器的逆散射分析与设计[D];电子科技大学;2007年
8 张勇;柱透镜型CHRISTIANSEN滤波器的研究与设计[D];电子科技大学;2007年
9 刘艳;大屏幕激光扫描显示系统混色与光强调制技术研究[D];中北大学;2007年
10 杨海峰;飞秒激光微纳加工技术与应用研究[D];江苏大学;2007年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前5条
1 温昌礼;季家镕;窦文华;宋艳生;;改进的自适应加法算法及其在衍射光学元件设计中的应用[J];光学学报;2010年09期
2 何玉松;赵学森;李增强;姚洪辉;孙涛;;基于刀具摆动进给的非球面加工形貌仿真[J];航空精密制造技术;2012年04期
3 邵桢;蔡红星;;全局多目标优化算法在光学CAD中的应用[J];计算机工程与设计;2010年16期
4 周万根;许忠保;钟毓宁;苏昊;;基于数字光栅模板的光变图像形成方法[J];中国机械工程;2013年06期
5 刘宏展;纪越峰;;一种基于角谱理论的改进型相位恢复迭代算法[J];物理学报;2013年11期
中国博士学位论文全文数据库 前4条
1 林勇;用于激光光束整形的衍射光学元件设计[D];大连理工大学;2009年
2 张海军;基于FTS的微结构表面金刚石切削加工若干技术问题研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
3 吕清花;基于0/π相位模板的景深延拓技术研究[D];华中科技大学;2013年
4 喻霞;微光束整形元器件设计及光传输特性的量子结构调控[D];湖南大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 韩宏颖;体积衍射光学元件的标量衍射数组分析[D];辽宁师范大学;2010年
2 李忠江;高分辨率LCOS光学引擎的光学系统设计[D];南京理工大学;2011年
3 王玲;拼接式大口径非球面反射镜的检测与监测技术[D];哈尔滨工业大学;2010年
4 蒋鹏志;光束整形和相位校正相关问题研究[D];国防科学技术大学;2011年
5 杨一粟;新型亚波长光栅及其在通信光探测器中应用的研究[D];北京邮电大学;2010年
6 周万根;基于LCOS数字光变图像光刻方法研究[D];湖北工业大学;2012年
7 颜丽华;光学塑料成型技术的微光学元件制作工艺设计[D];南昌航空大学;2011年
8 关云飞;基于FPGA的差动像散离焦信号的检测和处理技术[D];哈尔滨工程大学;2012年
9 周玉法;激光投影显示光机的实验研究[D];山东大学;2012年
10 张曦;亚波长光栅及其应用的研究[D];华中科技大学;2012年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前3条
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【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 朱向冰;陈瑾;邓善熙;付绍军;;复杂分光仪器中的像差研究[J];光学学报;2006年01期
2 王利娟;刘立人;栾竹;孙建锋;周煜;;相移雅满横向剪切干涉仪[J];中国激光;2009年05期
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
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4 胡诗杰;陈善球;杨平;张翔;杨伟;许冰;吴健;;角椎棱镜阵列对波前传感器探测精度的影响[A];第十七届全国激光学术会议论文集[C];2005年
5 张春玲;景峰;杨小丽;胡东霞;彭志涛;刘红婕;;光学元件小尺度振幅调制点的描述方法[A];第十七届全国激光学术会议论文集[C];2005年
6 陈天江;王亚丽;普小云;;微米量级石英圆对称光学谐振腔[A];第十七届全国激光学术会议论文集[C];2005年
7 袁晓东;蒋新颖;曹丁象;王明哲;徐美健;刘建国;贺少勃;;热容模式下谐振腔输出特性的理论研究[A];第十七届全国激光学术会议论文集[C];2005年
8 姚兰芳;鲁凤芹;岳春晓;沈军;吴广明;;低折射率纳米多孔SiO_2薄膜的疏水性研究[A];《硅酸盐学报》创刊50周年暨中国硅酸盐学会2007年学术年会论文摘要集[C];2007年
9 宁健;;调整TG328天平臂长的方法和技巧[A];称重科技暨第六届称重技术研讨会论文集[C];2007年
10 杨磊;;光学设计与LED照明产品的节能[A];海峡两岸第十五届照明科技与营销研讨会专题报告暨论文集[C];2008年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 霍光;LED:更逼真的显示[N];中国计算机报;2007年
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3 本报记者 史颂光本报通讯员 成利军;石晶光电迅速崛起大解析[N];河南日报;2007年
4 徐怀明;太阳能电池等两高科技项目落户蚌埠[N];蚌埠日报;2006年
5 特约撰稿人 李东宏徐相秋;MEMS汽车应用是热点 多元与集成是趋势[N];中国电子报;2008年
6 清水综合编译;LCoS因高清而亮丽[N];计算机世界;2006年
7 ;七功能与七按键一一对应[N];中国计算机报;2002年
8 郭元 杨杰;常州科教城迎来首家“住户”[N];常州日报;2006年
9 沈晓光编译;日十大电子厂今年研发投入2352亿日元[N];中国电子报;2007年
10 季洪光 刘侃;安捷伦实验室落户中国[N];科技日报;2000年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
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6 张延顺;干涉式光纤陀螺(IFOG)漂移特性的研究[D];哈尔滨工程大学;2002年
7 沈伟东;基于MOEMS技术的光学调制器研究[D];浙江大学;2006年
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9 胡丹;基于亚波长金属狭缝的太赫兹波调控器件研究[D];哈尔滨工业大学;2013年
10 颜召军;自适应光学系统预测控制及多层共轭技术研究[D];中国科学院研究生院(光电技术研究所);2013年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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2 李阳龙;液晶光学器件功能薄膜的激光损伤机理研究[D];中国工程物理研究院;2010年
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4 周鲁;三种光学器件中原子的自发发射和受激发射性质的研究[D];华中师范大学;2004年
5 马海敏;光学器件表面防污除尘结构的设计与制备[D];浙江大学;2012年
6 邓阿丽;线性光学器件在量子光学和量子信息学中的研究[D];曲阜师范大学;2005年
7 朱勇;基于MEMS的光学调制器设计和工艺研究[D];浙江大学;2005年
8 王立锋;特殊聚集形态微孔化合物的合成[D];吉林大学;2005年
9 朱国荣;聚合物轴向GRIN材料及器件的研制[D];安徽大学;2007年
10 黄玲程;可调波长与带宽的光学器件镀膜技术的研究[D];长春理工大学;2008年
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