發(fā)布時(shí)間：2020-08-26 15:02

【摘要】：隨著光電技術(shù)的發(fā)展,光機(jī)電一體化成為趨勢(shì),要求光學(xué)系統(tǒng)做到集成化、陣列化、小型化,二元光學(xué)元件以其獨(dú)特的性能受到青睞。由于雙層二元光學(xué)元件不僅擁有單層二元光學(xué)元件重量輕、獨(dú)特的色散性能等優(yōu)點(diǎn),而且可以在寬光譜范圍內(nèi)達(dá)到較高衍射效率,它代表了二元光學(xué)元件或者是衍射光學(xué)元件的一個(gè)重要發(fā)展方向。本文基于標(biāo)量衍射理論,詳細(xì)介紹了單層二元光學(xué)元件衍射效率、雙層二元光學(xué)元件衍射效率與波長(zhǎng)的關(guān)系。雙層二元光學(xué)元件可以在寬光譜范圍內(nèi)達(dá)到高衍射效率,但它的加工誤差和裝調(diào)誤差比較復(fù)雜。本文討論了在加工雙層二元光學(xué)元件時(shí)可能產(chǎn)生的臺(tái)階高度誤差、周期誤差、套刻誤差對(duì)雙層二元光學(xué)元件衍射效率的影響。環(huán)帶面傾斜誤差、中心對(duì)準(zhǔn)誤差、片層傾斜誤差對(duì)雙層二元光學(xué)元件衍射效率的影響很大,但國(guó)內(nèi)外尚無(wú)報(bào)道,本文分別將含這三種誤差的雙層二元光學(xué)元件轉(zhuǎn)化為透過(guò)率函數(shù),再將其進(jìn)行傅里葉變換,在系統(tǒng)分析誤差對(duì)雙層二元光學(xué)元件衍射效率影響的核心問(wèn)題上進(jìn)行了嘗試。建立了一個(gè)綜合誤差分析模型,能夠?qū)崿F(xiàn)多種誤差自動(dòng)融合分析,為后續(xù)開(kāi)展雙層二元光學(xué)元件的研究提供了技術(shù)支撐。分別設(shè)計(jì)了一款含單層和雙層二元光學(xué)元件的光學(xué)系統(tǒng)。對(duì)比分析表明:含雙層二元光學(xué)元件的光學(xué)系統(tǒng)在寬光譜范圍內(nèi)的衍射效率理論上可達(dá)99%,考慮各種加工和裝調(diào)誤差,衍射效率可達(dá)96.8%;而單層二元光學(xué)元件的光學(xué)系統(tǒng)衍射效率理論上只能達(dá)到89.6%。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：TH74
【圖文】：

基于雙層二元光學(xué)元件的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì),,MS LS LS MS LS LD MS LD S MS LP （，i 為波長(zhǎng)為i 時(shí)衍射光學(xué)元件的光焦度，從式（1-1）可以得D 為負(fù)值，所以衍射光學(xué)元件是反常色散元件。等效阿貝常數(shù) 效部分色散系數(shù)DP 的大小，僅與S 、M 和L 有關(guān)，與基底材料而折射元件的阿貝常數(shù)和部分色散系數(shù)則完全由材料性質(zhì)決定，因以通過(guò)折衍混合的方式來(lái)消除色差。如圖 1-1：

長(zhǎng)為i 時(shí)衍射光學(xué)元件的光焦度，從式所以衍射光學(xué)元件是反常色散元件。等系數(shù)DP 的大小，僅與S 、M 和L 有關(guān)的阿貝常數(shù)和部分色散系數(shù)則完全由材混合的方式來(lái)消除色差。如圖 1-1：圖 1-1 利用二元光學(xué)元件消色差大 F 數(shù)的光學(xué)系統(tǒng)。如圖 1-2：

二元光學(xué)元件的表面結(jié)構(gòu)。圖 1-3 二元光學(xué)元件的表面結(jié)構(gòu)從圖1-3中可以看出二元光學(xué)元件具有完全不同于傳統(tǒng)光學(xué)元件的表面結(jié)構(gòu)。衍射光學(xué)元件的相位分布為式（1-2）：21( )NiN ii r A r （1-2）其中r 表示衍射光學(xué)元件的徑向環(huán)帶半徑，iA 是相位分布系數(shù)。除了上邊介紹的三個(gè)優(yōu)勢(shì)外，二元光學(xué)元件可選擇材料的范圍比較廣，比如玻璃和電解質(zhì)等。可用材料范圍相比傳統(tǒng)光學(xué)材料大很多，比如：熔融石英、硅、SiO2、塑料、聚碳酸酯等�？傊鈱W(xué)元件相比傳統(tǒng)光學(xué)元件的優(yōu)勢(shì)還有很

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