基于干涉法的衍射光学元件设计方法
【专利摘要】本发明提供了一种基于干涉法的衍射光学元件设计方法，包括两输入面、一输出面和一分束镜，入射光经过分束镜，输出衍射，得到相位分布，根据衍射、相位和光强制作衍射光学元件。本发明提供的基于干涉法的衍射光学元件设计方法，当平行光入射时，通过位相板的调制，可以实现艾里光束的再现，并且可以实现同时调制波前位相和振幅。
【专利说明】基于干涉法的衍射光学元件设计方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种任意结构的衍射光学元件设计方法，尤其涉及一种基于干涉法的 衍射光学元件设计方法，属于光学元件领域。
【背景技术】
[0002] 衍射光学元件被广泛应用到许多光学领域，例如波前整形，全息投影，光学加 密等。设计光学元件其实是振幅和位相的复原。传统的光学元件设计是基于优化的 迭代算法，例如 R.W.Gerchberg and W.O. Saxton，"A practical algorithm for the determination of phase from image and diffraction plane pictures,，'J. R. Fienup, "Reconstructionof an object from the modulus of its Fourier transform,，' 中 提到的 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"，中提到的杨-顾算法和 S. Kirkpatrick，C. D. Gelatt，and Μ. P. Vecchi， "Optimization by simulated annealing,"中的模拟退火算法等。这些算法在输出平 面上只是近似的得到了振幅而忽略了相位。然而，在许多的光学系统中，能够精确的同时 调制振幅和相位的衍射光学元件是非常必要的。任意结构衍射光学元件通常是通过多层 掩模板，灰阶掩模板，电子束刻蚀等方法实现的，比如Z. Cui. "Micro-Nanofabrication technologies and applications"。这些技术非常的耗时而且昂贵。利用全息干涉的方法 制作衍射光学元件是非常有效且成本低廉的方法，尤其是在制造大面积衍射光学元件时。 然而，传统的全息干涉方法只能制作简单的光栅结构或者简单的平面镜，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 for 10〇-nm-period gratings and grids "，Η. H. Solak, Y. Ekinci, and P. Kaser "Photon-beam lithography reaches 12. 5 nm 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] 但是上述这些方法都存在一定的缺陷，上述方法一般都不能同时调制波前位相和 振幅的方法，在进行实验时往往不能同时完成两项任务。
【发明内容】
[0004] 鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供
[0005] 为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：
[0006] 相较于现有技术，本发明提供的基于干涉法的衍射光学元件设计方法，包括两输 入面、一输出面和一分束镜，入射光经过分束镜，输出衍射，得到相位分布，根据衍射、相位 和光强制作衍射光学兀件。
[0007] 本发明提供的另一种基于干涉法的衍射光学元件设计方法，包括两位相板、一分 束镜和一平面镜，两位相板分别作为输入面P1和输入面P2,通过解析分别得到输入面P1和 输入面P2的相位分别为麫和灼，平面镜作为输出面P3,所述输入面P1和输入面P2垂直设 置，在输入面P1和输入面P2的法线交汇处设置分束镜，平面波照射输入面P1和P2,调制成 波前为和·為Z的光波，设I = = 1，通过分束镜，两束光在平面输出面P3处可表 示为 Aela = 1^+1^，
[0008] 其中
【权利要求】
1. 一种基于干涉法的衍射光学元件设计方法，其特征在于：包括两输入面、一输出面 和一分束镜，入射光经过分束镜，输出衍射，得到相位分布，根据衍射、相位和光强制作衍射 光学兀件。
2. -种基于干涉法的衍射光学元件设计方法，其特征在于：包括两位相板、一分束镜 和一平面镜，两位相板分别作为输入面P1和输入面P2,通过解析分别得到输入面P1和输入 面P2的相位分别为灼和鹤，平面镜作为输出面P3,所述输入面P1和输入面P2垂直设置， 在输入面P1和输入面P2的法线交汇处设置分束镜，平面波照射输入面P1和P2,调制成波 前为
丨光波，设Aw = A% = 1，通过分束镜，两束光在平面输出面P3处可表示 为 Aela = Ui+l^， 其中宿平行近似下的菲涅尔衍射或者夫 琅禾费衍射，得到相位分布为
其中，€ zFrrUAeWhangC..)是指求 幅角，根据解析得到的灼彡和灼彳得到Aeia， 假设需要制造的衍射光学元件的结构为P (x，y)，设P (x，y) = cl' (x，y)，其中c为常
/ 人而制作该结构的衍射光学元件。
【文档编号】G02B27/00GK104280880SQ201410539233
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年9月27日 优先权日:2014年9月27日
【发明者】郑敏 申请人:郑敏