二元光学工艺操作说明
二次元说明书
YVM-CNC系列影像测量仪使用说明书东莞市源兴光学仪器有限公司目录一、仪器的规格以及相关技术参数 (1)二、仪器的结构及工作原理 (2)A.仪器整体结构示意图B.仪器数据接口示意图C.电脑机箱布置D.全自动影像仪工作原理三、仪器的安装 (4)A. 仪器使用环境B．仪器的安装四、仪器的操作方法 (4)五、仪器的维护与保养 (5)六、仪器出厂装箱清单 (6)七、软件操作说明部分（具体详见软件使用说明书）一、仪器的规格以及相关技术参数型号参数YVM3020CNC YVM4030CNC工作台X,Y轴行程300*200mm400*300mmZ轴行程(mm) 200调焦及辅助测量工作台尺寸606*406mm746*506mm传动方式伺服电机驱动数位测量系统光学尺解析度：X、Y、Z轴0.001mm测量软件一套UWC-4000控制盒一套影像描准系统1/2"（1/3选购）高清晰彩色摄像机变焦倍率镜头：0.7-4.5X(同轴光镜头选配)照明系统25路程控光源，24路表面光源和1路下光源均为LED冷光源，亮度可进行调节。
（标准配置为上光源8区段，下光源1区段）电气参数输入电压AC220V/AC110V、50-60HZ 外形尺寸(mm) 900*700*1900mm950*1000*1200mm 仪器重量400Kg 450Kg二、仪器的结构及工作原理A 仪器整体结构示意图1.机头外罩；2.程控光源及连续变倍镜头；3.工作台上板；4.工作台玻璃；5.X向前罩；6.X向电机轴；7.Y向外罩；8.Y向电机轴；9.手柄；10.大理石底座；11.底脚；12.大理石支承座；13.X向光栅尺；14.工作台中板；15.Y向光栅尺B仪器数据接口示意图C．电脑机箱布置电脑主要插入一张卡和一条线：一是黄色视频卡，外接CCD的视频接口；二是USB数据线，对接图二电脑的USB接口。
D．全自动影像仪工作原理影像测量仪使用本身的硬件（CCD，镜头、程控光源和视频数据线）将所能捕捉到的图象通过数据线传输到电脑的数据采集卡中，之后由软件在电脑显示器上建立成像测量系统界面，由操作员用鼠标在电脑上进行快速的测量。
二元光学PPT
1.二元光学概述
八十年代，各种新型的加工制作方法不 断涌现，能够制作高质量和多功能的衍 射光学元件。 随着元件尺寸的缩小，其精细结构 周期可与波长相比较时， 传统的衍射标 量理论不再适用，促使了衍射矢量理论 的发展，极大地推动了衍射光学的发展。
2013-7-4
1.二元光学概述
近年来， 更高级的设备 先进的制作技术 正确有效的理论模型 设计衍射光学元件的各种方法 由此一门新兴的光学分支——衍射 光学应运而生，并已成为二十一世纪光 学中的前沿研究领域之一。
2013-7-4
1.二元光学概述
1992年5月美国商业性杂志“ Photonics” 刊登一篇专题文章：“衍射光学大量产 生新一代的产品和拥有数百万美元的市 场” 表明：衍射光学产业正在形成
2013-7-4
1.二元光学概述
二元光学：是衍射光学的主要分支学科， 是研究微米、亚微米级特征尺寸光学元 件的设计、 微细加工技术及利用该元件 以实现光束的发射、聚焦、传输、成象、 分光、图象处理、光计算等一系列功能 的理论和技术的学科，是光学与微电子、 微计算机相互融合、渗透而形成的前沿 交叉学科。
2013-7-4
2. 二元光学元件的设计方法
二元光学元件示意图
2013-7-4
2. 二元光学元件的设计方法
2013-7-4
2. 二元光学元件的设计方法
2013-7-4
2.二元光学元件的设计方法
G(u)，
G(u) = G(u) exp( i (u ))
二元光学元件的设计问题是去构造一个新的分布函数
2013-7-4
4.2 像差较正 ——He-Ne激光聚焦校正器
He -Ne Laser He -Ne CO 2 ZnSe
二元光学面 反射镜 加工
二元光学面反射镜加工英文回答：Diffractive Binary Optics.Diffractive binary optics (DBO) is a type of optical element that uses the principles of diffraction to create a desired optical effect. DBOs are typically made by patterning a thin film of material with a series of binary (i.e., two-level) structures. The pattern of the structures determines the optical properties of the DBO, such as its focal length, magnification, and aberration correction.DBOs have a number of advantages over traditional refractive optics. First, they are much thinner and lighter than refractive optics, making them ideal for applications where space and weight are critical. Second, DBOs can be fabricated using a variety of low-cost manufacturing techniques, making them a cost-effective option for many applications. Third, DBOs can be designed to correct for awide range of aberrations, making them ideal for use in high-precision optical systems.DBOs are used in a wide variety of applications, including:Laser beam shaping.Holography.Microscopy.Telecommunications.Optoelectronics.Fabrication of DBOs.DBOs are typically fabricated using a two-step process. In the first step, a thin film of material is deposited onto a substrate. The material is typically a polymer or a metal. In the second step, the film is patterned with aseries of binary structures. The pattern of the structures is typically created using a photolithography process.The fabrication of DBOs is a complex and precise process. The following are some of the key factors that must be controlled in order to produce high-quality DBOs:The thickness of the film.The pattern of the structures.The etching depth.The sidewall angle.Applications of DBOs.DBOs have a wide range of applications in optics. Some of the most common applications include:Laser beam shaping: DBOs can be used to shape the beam of a laser into a desired shape. This is useful for avariety of applications, such as laser cutting, laser welding, and laser marking.Holography: DBOs can be used to create holograms. Holograms are three-dimensional images that can be viewed using a laser.Microscopy: DBOs can be used to improve the resolution of microscopes. This is useful for a variety of applications, such as medical imaging and materials science.Telecommunications: DBOs can be used to multiplex and demultiplex optical signals. This is useful for increasing the capacity of optical communication systems.Optoelectronics: DBOs can be used to create a varietyof optoelectronic devices, such as optical switches and modulators.Advantages of DBOs.DBOs have a number of advantages over traditionalrefractive optics. These advantages include:Thin and lightweight.Cost-effective.Can be designed to correct for a wide range of aberrations.Disadvantages of DBOs.DBOs also have some disadvantages. These disadvantages include:Can be difficult to fabricate.Can be sensitive to environmental factors.中文回答：衍射二元光学。
二次元操作指导书
二次元操作指导书1.目的规范仪器的使用方法,使其得以正确有效的维护,从而保证测量精度,延续仪器使用寿命.2.范围适用于本厂需要使用到本仪器的操作人员.3.操作步骤3.1开启电脑,打开仪器开关及Easson-2D测试系统,用玻璃校正比例尺,验证其准确性.3.2将样品借助辅助块规摆正基准置放于玻璃工作台面上,打开上下光源开关,调节焦距至最佳(影像最清晰)状态.3.3利用工作台纵、横向读数系统进行测量，或照工件绘图后，转入AUTOCAD中进行标注测量。
3.3.1将样品基准面调整至与工作台移动方向平衡,用影像视窗上的十字线对准工件被测尺寸一端,将X 或Y轴置零后,用十字线对准工件被测尺寸的另一端,这时X或Y轴所显示的数值,即为被测长度的实际值,也可随意摆放,取测试系统中各快捷键直接构造测量.3.3.2将样品基准面调整至与工作台移动方向平衡,样品位置可随意放置,照工件绘出实物图形,转入AUTOCAD中,使用AUTOCAD各相关命令将其图形数据标注出来,该数据即为样品实际尺寸.3.4仪器使用完毕后,将工作台移动至与Z轴同心处,同时将Z轴归位摇至中心位置,关闭仪器上下光源,退出Easson-2D测试系统,再关闭测量仪器及电脑电源.4. 维护保养4.1每天擦仪器一次,长期未使用关态下加盖防尘罩.4.2每周对仪器X、Y、Z轴摇动杆、转动轴等行程位加润油及金属工作台擦涂防锈油。
4.3需保持室内清洁干燥,且室温为20℃±5℃,湿度低于60%.5．注意事项5.1在玻璃平台上摆放样品时,需轻拿轻放,以避免划花或损坏镜面.5.2禁止将X、Y、Z轴摇至极限距离。
5.3注意在开启或关闭仪器时需先将仪器上下光源开关调为最小.5.4较长时间离开机器或使用完毕需关掉电源.5.5测量机工作台置放物品限载重为20kg以内.6．参考资料:仪器使用说明书.。
二元光学元件
1
二元光学( Binary Optics )是衍射 光学、微光学的主要分支学科，是光 学与微电子、微计算机相互融合、渗 透而形成的前沿交叉学科。是研究微 米、亚微米级特征尺寸光学元件的设 计、微细加工技术及利用该元件以实 现光束的发射、聚焦、传输、成象、 分光、图象处理、光计算等一系列功 能的理论和技术。
2
二、二元光学元件的结构
γ d x
闪耀光栅 光栅周期d，闪耀角γ
相位轮廓化
多阶相位轮廓光栅 γ d Δh x 光栅常数d/N，阶梯深度Δh
h
d sin , N
N 2n
3
折射透镜到二元菲涅尔透镜的演变过程
4
三、二元光栅夫朗和费衍射强度分布及特点
由图得以下关系：
A O B Δh d'
2
6
四、二元光学元件的制作方法
掩膜
刻蚀
刻蚀
刻蚀
光学光刻制作8台阶衍射微光学元件的原理
7 下一节
I sin m / N sin m I 0 m sin m 1 / N
2
1、衍射效率与台阶的数目N和衍射级次m有关；
2、台阶的数目N越大，＋1级的衍射效率越高。当N 趋于无穷时，能量将全部集中到＋1级上。此时
I sin / N I0 / N
第七节 二元光学元件
(Binary Optical Element，BOEs )
一、概念
基于光波的衍射理论，运用计算机辅助设计， 并运用超大规模集成电路制作工艺，在片基上刻蚀 产生两个或多个台阶深度的浮雕结构，形成纯相位、 同轴再现、具有极高衍射效率的一类衍射光学元件。
随之形成的一门新的学科分支，称二元光学 。
二元光学应用课件
04
二元光学在传感领域的应 用
二元光学在传感系统中的作用
信号转换
二元光学能够将待测信号转换为光信号，实现非 光学量与光学量之间的转换。
提高灵敏度
通过二元光学技术，可以显著提高传感系统的灵 敏度，实现微弱信号的检测。
降低噪声
二元光学能够降低噪声干扰，提高信号的信噪比， 从而提高传感精度。
二元光学在传感中的优势
调制器
调制器是光通信中的核心元件之一，用于将信息 加载到光信号上。二元光学调制器具有调制速度 快、调制精度高和稳定性好的优点，能够实现高 速、大容量的光信号调制。
滤波器
二元光学滤波器是一种具有窄带滤波特性的光学 器件，能够实现光信号的过滤和选择。在光通信 中，二元光学滤波器可用于信道选择、噪声抑制 和信号解调等方面。
二元光学在成像中的优到各种成像系统中。
高效率
二元光学元件具有高反射 率和透射率，能够有效地 利用光能，降低能耗。
高稳定性
二元光学元件具有优异的 热稳定性和环境稳定性， 能够在各种恶劣条件下保 持稳定的性能。
二元光学在成像中的具体应用案例
激光雷达与遥感
通过二元光学元件实现激光雷达的高精度测距和目标识别，用于 地形测绘、环境监测和无人驾驶车辆的导航。
光学加密与信息保护
利用二元光学元件实现信息加密和防伪鉴别的高安全性，用于保 护信息安全和知识产权。
感谢您的观看
THANKS
二元光学应用课件
• 二元光学简介 • 二元光学在通信领域的应用 • 二元光学在成像领域的应用 • 二元光学在传感领域的应用 • 二元光学在其他领域的应用
01
二元光学简介
二元光学的基本概念
总结词
二元光学是一种利用二元结构（如光栅、透镜等）对光进行调控的技术。
基础光学工艺.02第二章 基本操作
第二章基本操作初学的光学加工人员必须学会操作各种机器，包括球面铣磨机、磨边机、金刚石切割机、带锯及各种型式的抛光机，也必须学会用真空夹头或沥青粘结模及石膏模将玻璃零件上盘。
工作时，必须注意遵守安全规则。
只有建立恰当的操作规程，才能保证操作安全。
1金刚石锯切第一种基本的机床就是金刚石锯床。
尽管市场上有多种金刚石锯床，但其操作都是类似的。
在光学车间里最普遍的是菲尔克劳（Felkner）机床。
建筑工人也采用它来切割水泥预制品。
旋转的金刚石磨轮以垂直位置安装在主轴上，两只橡皮管在被切割的玻璃上喷冷却液。
通常锯片旋转时，小工件用手工进给，而大工件则需要液压进给。
金刚石锯切瓷砖的步骤如下：第一步：安装锯片，使之伸出到工作台面下面大约1mm处，用水封螺丝把锯片固紧在支架上；第二步：用一支软铅笔划线，标出切割部位；第三步：开动机器，冷却液直接喷入移动工作台的锯缝中；第四步：瓷砖靠着水平的档块，移动工作台，按划线进行切割。
有经验的操作者通常不这么做，而是用双手将瓷砖推向旋转的锯片。
但为了保证手指的安全，应将移动工作台固紧。
如果落下的粉料是紫红色而不是工作正常时的白色，则表示在材料上施加的压力太大。
常规金刚石锯片的安装如图2.1所示。
图2.1 带有冷却液泵的夫勒克尔－德来赛（Flecker－Dreser）金刚石锯片，80－BQ型切割机及机座当锯切玻璃或晶体时，金刚石磨轮或钢丝可能堵塞，需用一块碳化硅或特殊的白色石块除去堵塞物。
1.1 切割厚的工件有些固定在液压控制轴上的金刚石锯片可以切割安置在可移动工作台上的厚玻璃平板。
为把一块平板锯成几块，人们必须先切出整个厚度的一半，然后把平板翻过来再切割另一半。
有两个约束条件限制了玻璃的切割尺寸——锯片和防冷却液的档片直径以及使锯片固定在旋转轴上的固定垫圈直径。
操作方法如图2.2所示。
图2.2 用正反锯口锯切法把厚玻璃平板切割成两块的一种改进方法1.2圆片的切割经常需要把一块大直径的玻璃圆柱体切割成薄的圆玻璃片。
二元光学元件的制造技术
二元光学元件的制造技术一．概述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。
基于计算机辅助设计和微米板加工技术制成的平面浮雕型二元光学器件具有质量轻、易复制、造价低等特点，并能实现传统光学难以完成的微小阵列、集成及任意波面变换等新功能，从而使光学工程与技术在诸如空间技术、激光加工技术与信息处理光纤通信及生物医学等现代国防、科学技术与工业等诸多领域中显示出前所未有的重要作用及广阔前景。
20世纪80年代中期，美国MIT林肯实验室率先提出，衍射光学元件的表面带有浮雕结构，使用了制作集成电路的生产方法，所用的掩模是二元的，而且掩模用二元编码形式进行分层，故引出了“二元光学”的概念。
随后加拿大、德国、俄罗斯等国也相继开展了这一领域的工作。
20世纪90年代初期，国际上兴起研究二元光学的热潮，并引起学术界和工业界的极大兴趣和青睐。
与此同时，我国也开始了该方面的研究。
经过十几年的研究，二元光学元件在设计理论、制作工艺和应用等方面取得了突破性进展。
（一）二元光学元件的结构二元光学元件是以光的衍射理论和计算机技术作为设计基础，以现代微电子技术作为加工和测量手段发展起来大的。
设计人员应用衍射理论和计算机数值计算，设计出满足一定功能的二元光学元件的位相分布，然后通过制造掩模、光刻、离子蚀剂、镀膜等各种细微加工方法，在玻璃、硅片或晶体片基上形成由亚微米级离散像素构成的浮雕型结构。
图1给出三种不同类型的二元光学元件剖面示意图。
其中图a为二值型，只包含0， 两个位相等级；图b为多值型，包含有N=2n个位相等级（图中n=2）;图c为混合型，它由一个折射光学元件和一个二元光学元件组合而成。
图（1）（a）二值型元件；（b）多值型元件；（c）混合型元件（二）二元光学元件特点二元光学元件除具有体积小、质量轻、容易复制等优点外，还具有如下许多独特的功能和特点：1．高衍射效率二元光学元件是一种纯相位衍射光学元件，为得到高衍射效率，可做成多位相等级的浮雕结构。
二元光学元件的设计与应用物理ppt课件
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
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威尔得坎普(Veldkamp)
他在美国MIT林肯实验室设计新型传感系 统中，率先提出了“二元光学”的概念。
他当时描述道：“ 现在光学有一个分支， 它几乎完全不同于传统的制作方式，这 就是衍射光学，其光学元件的表面带有 浮雕结构；由于使用了本来是制作集成 电路的生产方法，所用的掩模是二元的 ，且掩模用二元编码形式进行分层，故 引出了二元光学的概念。”
二元光学的定义
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。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
二元光学的基本原理
激光分束器可用于多孔同时加工，光纤耦合等。 激光钻孔的具体应用包括包装工业中易撕裂的纸 箱和金属膜，香烟过滤嘴，方便面筛孔，液体和 气体排放管道，汽车安全气囊中金属片的预先弱 化，高速激光毛化等。 我们可以将一束激光分割成近百万束高度均匀的 激光束。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
二元光学方法制作微环形光栅及阵列
本人郑重声明： 所呈交的硕士学位论文， 是我个人在导师指导下， 在南昌航空大学攻读硕士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。 尽我所知， 论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究 成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作 了明确地说明并表示了谢意。本声明的法律结果将完全由本人承担。 学位论文作者签名： 日 期：
南昌航空大学 硕士学位论文 基于二元光学方法制作微环形光栅及阵列 姓名：鲁开源 申请学位级别：硕士 专业：光学工程 指导教师：何兴道 20070601
摘
要
环形光栅由于它的光谱结构的特殊性，它在光谱分析、光通信、光学信息处 理、工业计量、宇宙工程等方面有广泛的应用前景。在国外，环形光栅作为半导 体激光器的滤波器件一直是研究的热点；在国内，环形光栅主要用在测量和扫描 全息方面。目前，制作环形光栅的方法主要有机械刻划法，干涉法，电子束刻蚀 法等。但机械刻划法制作成本高，精度差，效率低；干涉法则需要用圆锥镜，而 圆锥镜加工困难，加工精度也难以达到要求；电子束刻蚀法需要复杂且极其昂贵 的设备，生产周期长。鉴于此，本文提出了利用数字微镜（Digital Micro- mirror Device，简称 DMD）系统来制取环形光栅及阵列环形光栅的新方法，这是一种基 于二元光学的方法，其在理论和实践上都有一定的创新意义。 本论文提出的利用 DMD 系统来制取环形光栅及阵列环形光栅的新方法，是 基于 DMD 芯片空间光调制特性的， 即 DMD 芯片能够根据输入到其中图形的灰阶 等级控制反射曝光量。利用 VC 编程，首先设计出环形光栅的模拟软件，环形光栅 的半径和台阶数可调；然后将图形输出到 DMD 芯片，利用 DMD 芯片的空间光调 制特性，根据环形光栅的灰阶等级控制反射曝光量；经精缩投影曝光，将经 DMD 芯片调制的反射光照射到涂有光刻胶的玻璃基板上，再经过显影、定影、刻蚀即 可获得环形光栅。这种方法可以方便的调整环形光栅的半径，以及台阶数，还可 制作出环形光栅阵列，为把环形光栅集成到光电系统中提出了一种切实可行的方 法。相对于机械刻划法、干涉法和电子束刻蚀法，二元光学的方法可以方便，高 效，低成本地制作环形光栅。通过理论分析和实验结果充分证明了该方法的可行 性。 本论文首先讨论了环形光栅的菲涅耳衍射和夫朗和费衍射，得出环形光栅的 夫朗和费衍射场具有环形分立谱结构，它还具有径向色散作用；还对利用 DMD 系 统制取环形光栅的制作工艺参数进行了摸索，通过大量的对比实验，基本确定环 形光栅的制作工艺参数；制作出了二阶、四阶和环形光栅阵列；并且分析了影响 DMD 系统制作精度的各种误差因素，并分别针对各种因素提出了相对应的误差修 正或补偿的方法。 关键词： DMD 系统，灰度掩模，环形光栅
二元光学器件光刻掩模的设计与制作
二元光学器件光刻掩模的设计与制作二元光学器件是指基于光波衍射理论，利用计算机辅助设计，并用超大规模集成电路制作工艺，在片基或传统的光学器件表面上蚀刻产生多个台阶深度的浮雕结构，形成纯相位、同轴再现、具有极高衍射效率的一类衍射光学器件。
二元光学器件能实现传统光学器件许多难以达到的目的和功能。
制作二元光学器件的方法很多，如灰阶掩模板法、激光热敏加工法、金刚石车削法、准分子激光加工法等。
除这些方法外，采用光学逐层套刻的方法（光刻法）仍是目前最经典有效制作二元光学器件的方法。
在这种方法制作二元器件中，光刻掩模是必不可少的。
掩模是采用某些材料制成（通常是在光学玻璃表面镀金属膜），然后通过相应工艺方法使其产生透光和不透光的图形分布。
掩模的作用是在光线照射其上时使光线选择性的透射和截止，而使其相向的基片感光层选择性的曝光。
套刻制作八台阶二元光学器件需要三块掩模，三块掩模图案不同，每块掩模光刻一层台阶，掩模的效果对二元器件的制作精度起着至关重要的作用，掩模是套刻曝光过程的前提和基础。
1光刻掩模的设计二元光学器件掩模设计主要有三个过程，即首先确定系统所需的相位分布函数，然后根据此函数进行相位压缩和量化得到二元光学器件的相位分布图，最后将得到的数据进行转换及输出。
1．1 相位分布函数的确定相位分布函数的确定这一过程是通过ZEMAX 光学设计软件进行的。
对于所研究二元光学器件来说都有两个二元面，每个二元相位面由两部分组成：基底面形和相位分布，两个二元面的基底面形都等同于一个偶次非球面，面形高度可以表示为∑=++-+=8121222)1(11Z i r a r c k cr （1）式中， r 是二元光学器件半径，c 是二元面基底的曲率，k 是基底的圆锥系数。
对于实际使用的二元光学器件来说，基底通常是平面或球面。
由软件设计得二元面相位分布函数为 Φ=),(0y x E A iNi i ∑= （2） 2002)/(∑∑====ΦN i i N i i i r r A ρA (3)式中，),(y x E i 是按某种方式排列的关于x,y 的多项式，r 是器件的归一化半径，ρ是归一化后的半径。
二元衍射光学元件
二元衍射光学元件摘要：1.引言2.二元衍射光学元件的概念与原理3.二元衍射光学元件的设计与应用4.二元光学的优点与局限性5.结论正文：1.引言光学技术作为现代科技的重要组成部分，在许多领域都发挥着关键作用。
其中，激光技术以其独特的优势在工业、医疗、通信等领域取得了广泛的应用。
然而，激光光束的某些特性却限制了它的进一步广泛应用。
例如：激光束的光强呈高斯分布而不是均匀分布，它的传播路径是双曲线而不是直线。
为了解决这些问题，衍射光学元件被引入到激光光束整形领域。
本文将重点介绍二元衍射光学元件的设计与应用。
2.二元衍射光学元件的概念与原理二元衍射光学元件是一种特殊的光学元件，它利用光的衍射原理对激光光束进行整形。
二元衍射光学元件通常由两个部分组成：一个平面镜和一个曲面镜。
平面镜负责将激光光束反射到曲面镜上，而曲面镜则负责对光束进行衍射。
通过合理设计曲面镜的形状，可以实现对激光光束的整形，使其光强分布更加均匀，传播路径更加稳定。
3.二元衍射光学元件的设计与应用在设计二元衍射光学元件时，需要考虑激光光束的特性、整形要求以及应用场景等因素。
通过优化设计，可以实现对激光光束的高效整形，从而提高其在各种应用中的性能。
二元衍射光学元件在激光光束整形领域有着广泛的应用。
例如，在激光切割、激光打标、激光焊接等激光加工过程中，通过使用二元衍射光学元件，可以提高激光光束的能量密度分布均匀性，从而提高加工精度和效率。
此外，二元衍射光学元件在激光通信、激光雷达等领域也有着广泛的应用。
4.二元光学的优点与局限性二元光学具有许多优点，例如高衍射效率、低损耗、较小的体积等。
这些优点使得二元光学在激光光束整形领域具有很大的应用潜力。
然而，二元光学也存在一些局限性，如设计复杂、制造难度大、对激光波长的敏感性等。
这些局限性限制了二元光学在部分应用领域的推广。
5.结论综上所述，二元衍射光学元件在激光光束整形领域具有重要的应用价值。
通过合理设计，可以实现对激光光束的高效整形，从而提高其在各种应用中的性能。
微电子二元光学器件制作工艺研究
微电子二元光学器件制作工艺研究作者：文绍光同军军来源：《中国科技博览》2014年第05期摘要：二元光学器件的基本制作工艺是超大规模集成电路中的微电子加工技术，但微电子加工属薄膜图形加工，主要控制的是二维的薄膜图形，而二元光学器件则是一种表面的三维浮雕结构，因为要同时控制平面图形的精细尺寸和纵向深度，所以其加工难度增大。
关键词：微电子；二元光学器件；制作工艺随着二元光学技术的发展，二元光学器件已经广泛用于光学传感、光通信、光计算、数据存储等诸多领域。
这类器件主要用于像差校正和消色差，通常的方法是在球面折射镜的一个面上刻蚀衍射图案，实现折射和衍射混合消像差和较宽波段上的消色差。
此外，二元光学器件能产生任意波面以实现许多特殊功能，从而具有重要的应用价值。
1.二元光学器件及其发展概述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。
基于计算机辅助设计和微米级加工技术制成的平面浮雕型二元光学器件具有重量轻、易复制、造价低等特点，并能实现传统光学难以完成的微小、阵列、集成及任意波面变换等新功能，从而使光学工程与技术在诸如空间技术、激光加工、计算技术与信息处理、光纤通信及生物医学等现代国防科技与工业的众多领域中显示出前所未有的重要作用及广阔的应用前景。
随着近代光学和光电子技术的迅速发展，光电子仪器及其元件都发生了深刻而巨大的变化。
光学零件已经不仅仅是折射透镜、棱镜和反射镜。
诸如微透镜阵列、全息透镜、衍射光学元件和梯度折射率透镜等新型光学元件也越来越多地应用在各种光电子仪器中，使光电子仪器及其零部件更加小型化、阵列化和集成化。
微光学元件是制造小型光电子系统的关键元件，它具有体积小、质量轻、造价低等优点，并且能够实现普通光学元件难以实现的微小、阵列、集成、成像和波面转换等新功能。
2.二元光学器件的应用现状随着二元光学技术的发展，二元光学元件已广泛用于光学传感、光通信、光计算、数据存储、激光医学、娱乐消费以及其他特殊的系统中。
二元光学元件制造初探
二元光学元件制造初探朱永健郑晖(装备指挥技术学院基础部大学生一队，北京市101416)廛恿挝夔喃要]随着微细加工工艺和计算机技术的发展，二元光学元件的特征尺寸进一步减小。
本文对D ar rm m nn光栅的基础知识进行了一次介绍．并推导出了标量衍射效率，包括其解析式的通用方法，并详述了二元光学元件的常用制作工艺技术。
【关键词]D am m a nn光栅；制作工艺；光刻1D a m m an n光栅空间坐标调制二相值相位光栅最早是由D am m ann和果尔特勒(G?r t l er l于1971年提出，利用特殊孔径函数的衍射光栅产生一维或二维的等光强阵列光束。
其目的是想在光刻时能同时获得一个物体的多重成像以提高生产效率。
这种光栅又被称为“D am m a nn光栅”。
近年来，由于光计算研究的深入开展，D am m a nn光栅又被用于光互连、并行读取信息或作为逻辑阵列器件的光源等。
2设计方法在D a m m ann光栅的优化设计中，不仅要考虑各级衍射光强相等的情况，还要使衍射效率尽可能的高。
根据二元光学元件衍射效率的普遍形式。
'7=(A／A。
M10-【韭皂等俨。
12[_州sin((k¨-1))订州／显然，k=l时，田=(s i nc锕'／N F，这就是我们熟知的二元位相元件+1级的衍射效率公式。
当k=l士m N时州巫尝斧扣【帮证b一当K#I士m N时r／=0其中N=24，m=0，1，2……琴级光的衍射效率是’l o=Co s20+(2口一1FSin钿一级光的衍射效率是(一1级光的衍射效率相同)：％=牡堕二孚‰眈叼"I T‘光栅条纹占空比为O．5，即q=a／T=I／2，则上述衍射效率的公式可以得到简化。
则可以得到：m=C钿留％=—竺和i，内其中p是凸台和凹槽之间的位相差角度的一半，凸台和凹槽之间的厚度差是：d2了暑×音其中日的单位是度。
3制作方法——光刻工艺3．1涂艘涂胶是在玻璃表面上涂一层光刻胶，涂胶效果控制好坏直接影响光刻质量，因此在操作时应将光刻胶按要求准备好，并控制好光刻胶的涂层厚度及均匀性、涂层表面状态。
二元光学
目录摘要与关键词 (1)前言 (1)1. 二元光学的概念 (1)2.二元光学元件的特点及功能 (1)3.二元光学元件的设计以及制造 (3)3.1 二元光学设计方法 (3)3.2 二元光学元件的设计步骤 (4)3.3二元光学元件的制造 (4)3.3.1 多掩膜法 (4)3.3.2电子束直写方法 (6)3.3.3 复制技术 (7)4、二元光学技术的应用 (8)4.1 二元光学微透镜阵列 (8)4.2 衍射光学激光共振腔 (8)4.3 像差校正 (8)4.4消反射与导膜共振滤波 (10)4.5 光互连 (11)4.6 灵巧扫描 (12)4.7 激光光盘读出头 (12)4.8 二元光学光纤列阵连接器 (13)4.9 多头激光划片机 (13)4.10 其它应用 (14)5、二元光学技术的展望 (14)6.结语 (15)参考文献 (15)致谢 (15)二元光学技术及其应用摘要：简述二元光学概念的提出与发展，对二元光学元件的特点及功能进行论述，本文介绍了二元光学元件的概况，衍射透镜理论，二元光学元件的制造方法以及二元光学技术的发展趋势。
Binary optical technology and applicationAbstract：Concept of briefly binary optics with development of binary optical element and discuss the characteristics and functions，The introduction of binary optical elements，theory of diffractive lenses，fabrication of binary optical elements and trend of binary optical teachnology are rdiafed.关键词：二元光学，二元光学元件，衍射，像差，色散，全息图Key words：Binary, binary optical element, diffraction and aberrations, chromatic dispersion, hologram前言二元光学是衍射型光学元件新的制作技术。
二元光学元件
(Binary Optical Element，BOEs )
一、概念
基于光波的衍射理论，运用计算机辅助设计， 并运用超大规模集成电路制作工艺，在片基上刻蚀 产生两个或多个台阶深度的浮雕结构，形成纯相位、
同轴再现、具有极高衍射效率的一类衍射光学元件。 随之形成的一门新的学科分支，称二元光学 。
2
二、二元光学元件的结构
闪耀光栅 γ
光栅周期d，闪耀角γ x d
相位轮廓化
多阶相位轮廓光栅
γ
Δh 光栅常数d/N，阶梯深度Δh
x
d
h d sin , N 2n
N
3
折射透镜到二元菲涅尔透镜的演变过程
4
三、二元光栅夫朗和费衍射强度分布及特点
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
由图得以下关系：
A
OB
N 2n, h d sin , d' d
N
1、衍射效率与台阶的数目N和衍射级次m有关；
2、台阶的数目N越大，＋1级的衍射效率越高。当N 趋于无穷时，能量将全部集中到＋1级上。此时
I I0
sin / N / N
2
6
四、二元光学元件的制作方法
掩膜
光刻胶 基片
光刻
光刻
光刻
显影
显影
显影
刻蚀
刻蚀
刻蚀
光学光刻制作8台阶衍射微光学元件的原理 下一7 节
N
N
Δh 经计算得二元相位闪耀光栅的
d'
闪耀条件和衍射效率：
2d sin
d
台阶数为N，光栅常数为d'
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切割的基片，将黑色不感光相纸放在操作台上，基片涂有光刻胶的一面向下 放置在操作台的黑纸上； 3）根据所要使用的基片尺寸，用金刚刀及尺子将基片切割成适合的尺寸；同时 把垫在基片下的黑纸做适当的切割（以能覆盖住切割后的基片大小为准，用 于保护基片上的光刻胶）； 4）用吹球吹去切割产生的玻璃残渣，将切割好的基片和黑纸小心放入黑盒中备 用。 4.注意事项：镊子、尺子和金刚刀刀都必须事先清洁过。
1
放置在自来水龙头前清洗 10 分钟，注意水流不要过大，以防止硫酸溅到身体 上。洗片时注意正、反面都要标示好，以利于辨认。严禁划伤正面。 3）从支架上取下基片，用手指夹紧基片侧面，用棉花球加洗洁精清洗，在自来 水下冲洗 15 分钟，基片正、反面、侧面都要擦洗。对于已经匀过胶的石英基 片，可打开洁净工作台的抽风机，戴上一次性手套和防毒口罩，将其放入装 有丙酮的培养皿中浸泡 10 分钟，然后取出用自来水冲洗 10 分钟，用镊子夹 持棉花球擦拭干净。 4）打开去离子水水阀，从石英基片的上面往下缓慢均匀冲洗，一边冲洗，一边 用棉花擦拭，正反面擦拭完后，放入装有去离子水的培养皿中浸泡 15 分钟后 再取出，放置在去离子水水阀下冲洗，四个侧面方向都要来回冲洗一次。 5）冲洗完毕后，立即拿到电吹风前吹干，基片要竖直方向拿，电吹风从上向下 吹，吹干后放入干净的培养皿中。 2．光刻胶涂片所用到的药液配方 铬版腐蚀液配比：硝酸铈铵 200g＋浓度为 98％冰醋酸 35mL＋去离子水 1000mL 光刻胶：AZ1500；显影液：AZ303 3．光刻胶版的涂片
二元光学器件制作工艺流程及其检测方法
一、切割
1.切割设备：金刚刀，尺子，镊子，洁净、不感光且表面光滑的黑纸（保证切割 基片时，涂有光刻胶的一面不曝光且不受污染），黑色、密闭的盛片盒（主要用 于保护涂覆有光刻胶的基片不曝光并保持一定的洁净度），医用手套，吹球 2.工作条件：暗房（若切割未涂有光刻胶的基片，可不必在暗房内操作），操作 台（要保证一定的洁净度，特别不能有颗粒状物体存在）。 3.操作过程： 1）穿上洁净服，将暗房内的操作台清洁，把切割设备摆放在暗房的操作台上，
电 流 表
“汞灯” 图 2.3 曝光机右表板
2. 在匀好胶的基片前烘的时候，打开曝光机电源开关（右表板上标有“电源”字
4
样的开关，如图 2.3 所示），指示灯亮，打开汞灯电源（右表板上标有“汞灯” 字的开关），指示灯亮。此时观察电流表（如图 2.1 所示）指针指到 4A 左右， 说明汞灯已点燃，否则要检查电路。汞灯亮 15 分钟以后才能稳定（注：关灯 后，汞灯在 15 分钟内不宜重新点燃，需先冷却）。在此期间操作者可进行以 下工作。
2
片托 锅子
主机 面板 图 1.1 匀胶机的整体图 泵气路（此状态对匀胶机抽真空） 图 1.3 真空气路部分
图 1.4 主机面板
①选择合适的片托（略小于样片尺寸，如图 1.2 所示），将缺口对准主机上的螺 钉。片托安装时一定要到底。 ②将真空泵（如图 1.3（a）所示）的气路选择开关拧向匀胶机一端（如图 1.3（b） 所示），打开真空泵电源。开启匀胶机“电源”，按下“控制键”。（控键在主机面板， 如图 1.4 所示） ③调节合适的匀胶时间和转速。转速Ⅰ为低速（2000 转/分，时间为 10s），转速 Ⅱ为高速（2500 转/分，时间为 30s）。 ④放片，要注意放正。 ⑤按下“吸片”键开始抽气。注意在按“吸片”键之前，转速电位上的指示灯不应亮。 ⑥按“启动”键，马达先以低速旋转。 ⑦滴胶，持续时间为 5s，要在低速时间内滴胶完毕，然后匀胶机变为高速匀胶。 （可从电位器上的指示灯判断匀胶机是在低速还是在高速运转，红或黄色为低 速，绿色为高速） ⑧电机停转后，抬起“吸片”键，取下片子。
将承片台推入后，按承片台上升键（右表板上标有“台升”字样的开关），灯 亮，承片台上升。升降速度可通过气路调节，一般调到从启动到结束为≦2 秒左 右。此时，观察“找平”指示灯是否亮（绿亮为正常）。指示灯亮，说明版、片已 找平，而且三销已锁紧。分离开的承片台上半部和下半部，由解除真空吸附状态 变成“真空吸附”。 8. 对准与曝光 1）打开显微镜调压器（如图 2.1 所示）上开关，将电压调到 5V 左右（最好不要
定期清理匀胶基放置的台面，每次匀好胶都要清洗匀胶机的锅子及片托，特 别是不要让胶等杂物吸入到真空管道。涂片过程只能开红灯，禁止开日光灯！ 1）确定只有安全灯（红灯）开的情况下，先从冰箱中取出光刻胶，放在放置匀
胶机的台子上，让胶的温度回暖； 2）调节好匀胶机参数（低速旋转的转速 2000 转/分钟和持续时间 10s，高速旋转
4. 当前烘时间剩下 2 分钟左右时，取出掩模板，观察掩模板接触基片一面是否
有干净，如果不干净，需用丙酮、无水酒精和去离子水将其清洗干净（清洗
过程和清洗基片的步骤一致）并且吹干。
分压阀
总阀 氮气气路开关
氧气
三氟甲烷
氮气
图 2.5 气室中的气瓶排布
5. 真空吸版
图 2.6 曝光机真空泵气路实物图
使掩膜版图形面向下，将版放到版夹盘；此时打开氮气气阀（如图 2.5 所示），
培养皿中。 2. 将曝好光的基片取出，水平放置在培养皿中，基片涂有光刻胶的一面朝上，
一手均匀水平晃动基片，另一手同时用秒表计时。显影时间约为 15-20s，显 影温度 20-22 度（夏天有空调时可以直接显影，冬天可在装显影液的培养皿 外套一个装有温水的培养皿调节温度）。显影结束后，用一个不透光的胶盆盖 住装有显影液的培养皿，以避免光照。 3. 将基片用去离子水进行冲洗。冲洗时，持片的位置在基片的两侧，偏下端； 要将片子直立，水流沿图形的沟道方向流下；片子放置的位置应接近去离子 水的出水口，水柱沿着基片上边沿的方向移动，使水柱均能冲洗到片子的两 面，水流不应过大。持续冲水 1 分钟。 4. 为使残留在光刻胶中的有机物溶液完全挥发，提高光刻胶和基片的粘接性及 光刻胶的耐腐蚀能力，用冷吹风机吹干片子后，可以先用肉眼观察一下图形 的外观，如果没有问题，可以将片子水平放在培养皿中（加盖），放在烘干机 中 120℃下烘干 25 分钟。
的转速 2500 转/分钟和持续时间 30s），观察匀胶机片托上是否还有残留的光 刻胶，如果有的话在低速旋转的速度下用沾有丙酮的棉花擦拭。具体采用脱 脂棉卷成一卷，加少量甲酮，并用镊子夹持，从中间开始往外按住基片来回 擦拭。接着将清洗干净的石英基片放置在匀胶机的托盘上，打开匀胶机电源， 按吸片按钮，再按运转按钮。 3）低速旋转时，开始滴胶，光刻胶从瓶口持续流出，不中断，持续滴胶 5s，并 且对准基片的中心。滴胶结束后，马上把光刻胶放回冰箱。 4）片托转动停止后，先按吸片按钮，把匀好胶的基片水平取出，放置在培养皿 中，盖上盖子，放入烘箱烘制（烘箱温度为 85℃，烘制时间为 25 分钟）。预 烘前，先静置一小会儿以避免高温下迅速强迫烘烤，内部形成气泡。 5）然后再将匀胶机电源切断，接着取下片托，用丙酮擦拭，直到没有光刻胶； 再取下匀胶的锅子及锅盖，用丙酮清洗干净；晾干后将片托和锅子、锅盖装 回机器，在一定程度上可避免清洗完毕的匀胶机再次被污染。 6）匀胶机（整体图如图 1.1 所示）具体操作步骤：
二、 涂覆光刻胶
光刻制造过程中，往往需采用 20-30 道光刻工序。光刻工序包括掩膜版制作， 基片表面光刻胶的涂敷、预烘、曝光、显影、后烘、腐蚀、以及光刻胶去除等工 序。本实验室内，掩膜版图形自行设计，委托加工掩膜版，曝光工艺为采用紫外 线为光源的接触式曝光技术。 1． 版基清洗
石英基片 1 放在浓硫酸浸泡（至少 12 个小时）2 用自来水冲洗 3 用洗洁精和棉花球擦洗 4 自来水冲洗 5 用去离子水擦拭，再冲 干净 6 用电吹风冷风吹干 操作过程： 1）对于新取出的石英基片采取如下操作：戴上一次性塑料手套，戴上防酸手套， 将擦拭干净的基片垂直放置在钛合金支架上，将整个支架放入装有浓硫酸的 酸缸里浸泡。浸泡时间至少 12 小时。 2）在水槽里面的水盆放满水，从酸缸取出钛支架，将其放置在盛满水的水盆里 面，脱下防酸手套，用洗洁精清洗一次性手套并去离子水冲洗干净，再将其
6
机器设有可改变光强的手柄，刚安上汞灯时，光强度大，可将光栏调小；汞 灯用的时间久了，照度降低，可将光栏调大，光强变大。 9. 曝光机使用完毕，应先关掉汞灯、氮气气阀，再关掉真空泵电源，把真空泵
的气路选择开关拧回原位，最后关掉机器总电源。
四、 显影
曝光结束后，版、片自动分离，拉出承片台，用镊子取出曝光后的基片，将 其放入显影液中进行显影。（显影时间为 15-20s）。显影结束后，将基片放入去离 子水中进行冲洗。 操作步骤： 1. 按配方配置好显影液（显影液重复使用 10 次后，就要换新的显影液），盛放
然后把真空泵的气路选择开关拧至曝光机一端（如图 2.6 所示），同时检查左表
板上的“系统真空”表，看是否保证真空度≦-0.07Mpa 以上，否则要查明漏气原有
并消除之。按真空吸版开关（右表板上标有“吸版”字样的开关），指示灯亮，版
被吸牢。若“系统真空表”因这一动作而掉表，应查明原因，是否版不平，或者版
图 2.4 曝光机左表板
3. 调节气压（左表板，如图 2.4 所示）
要 求 进 气 压 力 ≧0.4Mpa ，（ 即 打 开 氮 气 气 瓶 总 阀 门 到 最 大 ， 减 压 阀 打 到
0.4Mpa 以上），第一级输出调到 0.35Mpa，第二级输出调到 0.3Mpa。在没有特殊
情况这一步只观测即可，而不要调节。
3
⑨继续匀胶时重复④—⑧步。 ⑩匀胶结束后抬起“吸片”键、“控制”键，关掉真空泵电源，把真空泵的气路选择 开关拧回原位（如图 1.5 所示），并关断匀胶机面板电源。
三、 曝光
图 1.5 真空泵气路关闭
汞灯
版
电源
夹
双目
盘
显微镜
右表板 左
表