二元光学元件
二元光学
二元光学述略X赵书安(南京师范大学,江苏南京210097)摘要:本文介绍了二元光学的基本概念与原理,说明了二元光学元件的设计和制作过程,并总结了近十年来二元光学的进展情况。
关键词:二元光学元件;衍射效率;光刻中图分类号:O431文献标识码:A文章编号:1672-755X(2004)03-0022-04Brief Introduction to Binary OpticsZHAO Shu-an(Nanjing Normal U niversity,N ajing210097,China)Abstract:The basic concept and principle of binary optics are briefly review d in this paper,as well as the illustration of the design and manufacture processing of binary optical elem ents.The develop-ment of this subject in the recent10years is also summarized.Key words:binary optical element;diffraction efficiency;photolithography1二元光学概念二元光学的概念源于20世纪80年代中期,率先由美国M IT林肯实验室威尔得坎普(W B Veld-kam p)领导的研究小组在设计新型传感器系统时提出的,/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,其光学元件表面带有浮雕结构;由于使用了本来是制作集成电路的产生方法,所用的掩模是二元的且掩模用二元编码形式进行分层,故引出了二元光学概念0[1,2]。
至今二元光学概念还没有统一的定义,一般认为二元光学是指基于光的衍射理论,利用计算机辅助设计并用大规模集成电路制作工艺在片基(或传统光学器件表面)上刻蚀产生两个或多个台阶深度的浮雕结构,形成多位相、同轴再现且具有极高衍射效率的一类衍射光学元件的光学理论与技术。
二元光学概述
1.二元光学概述（含义发展背景,国内 外发展状况,特点）
2. 二元光学元件的设计方法 3. 二元光学元件的制作方法 4. 二元光学元件的应用（重点介绍） 5．深蚀刻二元光学元件 6. 结束语
2020/1/7
1.二元光学概述
传统光学 基于光波的折射和反射原理，利用透镜、
反射镜和棱镜等元件进行设计和实现各 种光学功能。 衍射效应总是导致光学系统的分辨率受 到限制，除了光波的色散性质可应用于 光谱学之外，传统光学总是尽量的避免 衍射效应造成的不利影响。
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3. 二元光学元件的制作方法
Preparing Mask 1 Subst rat e
Lithography Cleaning RIE Mask 2 Coating Mask 3 Coating
Examinat ion
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3. 二元光学元件的制作方法
Mask 1
substrate Mask 2
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1.二元光学概述
从1990年起，美国光学学会年会和国际 光学工程协会设有衍射光学与二元光学 专题讲座和衍射光学专题会议；美国和 欧洲的重要光学杂志分别出版衍射光学 专集。 作为一个新学科领域已经形成
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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
化、轻型化、可复制、价格低、可设计 产生任意形状的波前、 可把多种功能集 中于一个器件上等其他器件不可比拟的 特点。
发展迅猛，成为二十一世纪的前沿 学科。
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2. 二元光学元件的设计方法
二元衍射光学元件
二元衍射光学元件
二元衍射光学元件是一种基于光的干涉和衍射现象的光学元件，由两个或更多具有不同折射率或透振幅的层状结构组成。
它们可以通过使用二元掩膜制造，其中掩膜由二进制编码的形式进行分层，这使得元件的制造更加简单和高效。
二元衍射光学元件具有体积小、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、色散性能独特等特点。
同时，它们能实现传统光学器件难以完成的整列化、集成化及任意波面变换的功能，这使得它们在以光学元件为基础的信息捕获、抽取、测量及控制等过程中具有极大的应用潜力。
在学术研究方面，二元光学的发展并不止于对现有光学器件的小型化和集成化。
实际上，其概念的提出为解决一些传统光学无法解决的问题提供了新的思路和方法。
例如，二元光学元件的特殊性质使得它在一些对精度和稳定性有极高要求的应用场景中具有显著的优势。
然而，尽管二元光学元件具有许多优点，但它们也有一些局限性。
例如，二元光学元件的设计和制造需要精确控制光的干涉和衍射过程，这需要高度的专业知识和先进的制造技术。
此外，虽然二元光学元件可以实现高精度的波前控制，但在一些需要高精度测量和控制的场合，还需要进一步改进和优化。
总的来说，二元衍射光学元件是一种具有很大潜力的光学元件，它在许多领域都有广泛的应用前景。
随着科学技术的不断发展和进步，我们有理由相信，二元光学将会在更多的领域得到应用和发展。
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。
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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。
二元衍射光学元件
二元衍射光学元件一、二元衍射光学元件简介1.定义与特点二元衍射光学元件（Binary Defractive Optical Elements，简称BDOs）是一种具有周期性结构的光学元件，其表面形貌由两个不同的周期性图案组成。
与传统的光学元件相比，二元衍射光学元件具有重量轻、厚度薄、高数值孔径等特点，因此在光学系统中具有广泛的应用前景。
2.应用领域由于其独特的性能，二元衍射光学元件广泛应用于光纤通信、光学成像、光谱分析等领域。
二、二元衍射光学元件的原理1.光栅方程二元衍射光学元件的光栅方程为：m * λ = β * (a + b)其中，m为光栅级数，λ为入射光波长，β为衍射效率，a和b分别为光栅的上下表面高度。
2.衍射效果二元衍射光学元件通过对入射光的衍射，可以实现对光的传播方向和相位的调控，从而达到聚焦、成像、分光等光学功能。
三、二元衍射光学元件的制备与性能优化1.制备方法常见的二元衍射光学元件制备方法有激光微加工、电子束曝光、光刻等。
2.性能指标二元衍射光学元件的性能指标主要包括衍射效率、像差、成像质量等。
3.优化策略为提高二元衍射光学元件的性能，可以采用以下优化策略：（1）优化光栅结构，如调整光栅级数、间距等参数；（2）采用适当的制备工艺，降低表面粗糙度、提高光刻精度；（3）引入相位补偿结构，降低像差。
四、二元衍射光学元件在各领域的应用1.通信领域二元衍射光学元件在光纤通信中可作为光波导、光分路器等关键器件，实现光信号的传输和切换。
2.成像领域在光学成像系统中，二元衍射光学元件可作为成像元件，实现高质量成像。
如应用于微型摄像头、夜视仪等设备。
3.光谱分析领域二元衍射光学元件在光谱分析领域具有广泛应用，如用于光谱仪、色散器等设备。
4.其他领域此外，二元衍射光学元件还应用于激光加工、照明系统、生物医学成像等领域。
综上所述，二元衍射光学元件具有广泛的应用前景。
基于免疫遗传算法的二元光学元件的位相设计
关键词：二元光学元件；免疫算法；遗传算法；免疫疫苗；位相设计
中图分类 号：Ｔ ５ Ｎ２ ６ 文献标 识码 ：Ａ
Ｄｅ ｉ ｎ ｏ ｓｇ ｆｐｈａ ｅｄ ｓ ｒｂｕ ｉ ｎ ｏ ｎ ｒ ｐ ｉｓｅｅ ｅ ｓ ｓ ｉｔｉ ｔｏ ｆｂｉ ａ ｙ ｏ ｔｃ ｌｍ ｎｔ
ｂ ｓ ｄ ｏ ｍ ｍ ｕｎ ｅ ｅ ｉ ｌ ｒｔ ａ ｅ ｎｉ ｅ ｇ ｎ ｔｃ ａ ｇｏ ｉｈｍ
提取 的 劣化 疫 苗对 抗体 群进 行反 向接种 ，减 少算法 的重 复运 算 ，极 大地－ ￣ 了群体 退化 ；采用 Ｂ、 ￣ ０ ｅ ｃ
Ｔ细胞的作用机制，保持群体在进化过程中的多样性，很大程度上抑制 了算法未成熟收敛 。运算 结果表明，免疫遗传算法较遗传算法具有更高的算法效率和 更强的寻优 能力。最后考虑到 实际加 工，对最优解做适当调整得到 了更适合于实际加工的二元光学元件的位相分布。
ｓ ｌｅ ｐ ｓｄｒｇｏ ，ｈ ｅ ｅｍ ｉｔ ｎｆｒ ｄｔｒｕ ｈＢｎ ｒ ｐｉ ｌ ｎｓ Ｂ ）Ｉ ｒｅ ｔ ｍａｌ ｘ ｏｅ ｉ ｔｅｌ ｒ ａ ａ ｓ ｍｅ ｏ ｇ ｉａ Ｏ ｔ ｓ ｅ ｅ ｎ ｓ ａ ｂ ｓｒ ｏ ｈ ｙ ｃ Ｅ ｍｅ ｔ （ ＯＥ ．ｎｏｄ ｒｏ
免疫遗传算法中采取变频率的交叉操作、变异操作，克服 了遗传算法在局部搜 索解空间上效率差
的缺 点 ，并使 算 法跳 出局 部 极 大值 的能 力得 到 了增 强 。采取 由正 向记 忆 细胞 库 提取 的免疫 疫苗对
抗体群进行接种，使群体的进化方向得到引导，提 高了算法的进化效率；采取 由反向记忆细胞库
ｄ ｔ ｒ ｎ ｈ ｈ ｅ ｄ ｓｒ ｕ ｉｎ ｏ ｅ ｅ ｍｉ ｅ ｔ ｅ ｐ ａ ｉ ｉ ｔ ｆ ＢＯＥ ｎ ｉ ｓ ｔｂ ｏ ，ａ ｍｍｕ ｅ ｇ ｎ ｔ ｌｏ ｉ ｍ ｓ ａ ｏ ｔ ｄ ｔ ｅ ｉｎ ＢＯＥ ｎ ｅ ｅ ｉ ａ ｇ ｒ ｈ ｉ ｄ ｐ ｅ ｏ ｄ ｓｇ ｃ ｔ ．
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
二元光学元件的设计以及制造
几 种 典 型 的 二 元 光 学 器 件
二元光学元件的设计问题是去构造一个 新的分布函G(u),G(u)=|G(u)|. exp(i. f(u)) 它满足以下三个条件： (1) |G(u)|＝1，（纯相位型元件，振幅为 常数）； (2) f(u)是L 等级量化的（二元光学元件 ）； (3) G(u)的夫琅和费衍射花样g(x)＝ FT{G(u)｝的强度分布|g(x)|2 以高精 度地逼 近已知的强度信号| f (x)|2
二元光学元件的设计步骤
(1) 编码过程 将原先振幅分布中所携带的信 息，尽可能多的编码到相位分布中去。 (2) 量化处理 对连续分布的相位进行分级量 化处理。 主要有：G-S 算法、Y-G 算法及SA（ Simulation Annealing）算法。 普通光学零件的面形是用研磨、抛光方法加 工而成的，而二元光学元件的面 形是用与超大规 模集成电路制造技术相同的方法加工的。 由于制 造技术仍是制约二元光学元件发展的关键问题， 所以改进制造技术是 一个主要的研究领域。
2
3 消反射的衍射元件
为了抑制光学表面的菲涅尔反射，通常采用镀膜方法，即在光学
表面镀一层 具有梯度射射率的薄膜，使得两种介质界面的光学性质近似
的连续变化，从而获 得极低的反射率。由于镀膜中常用的化学萃取和共 蒸发方法都要用到各向异性材料，因而不可避免的带来热学和力学性能
不均匀等问题，使得高质量镀膜难以成功的制作 。
7
其它应用
莱福枪上的夜视仪 ，具有可宽带使用、大数值口径、携带方便、低 成本和大量复制等特点。
飞行员头上的平视显示仪 ，具有重量轻、光能损失小、单色显示且
显示清晰等优点。 达曼光栅分束器，其光束利用率极高，各光束强度均匀性好。
二元光学元件的原理与应用
二元光学元件的原理与应用【摘要】二元光学元件是光学器件中的重要组成部分，具有广泛的应用价值。
本文从二元光学元件的基本原理、分类和组成方式等方面进行了详细介绍。
其中透镜、棱镜和偏振片是三种常见的二元光学元件，它们在光学系统中起着不可替代的作用。
通过对二元光学元件的组成和性能特点的分析，可以更好地理解光学系统的工作原理，并为光学器件的设计与应用提供参考。
未来，二元光学元件在光学通信、成像技术和激光加工等领域的应用前景广阔。
二元光学元件的研究和应用对于推动光学技术的发展具有重要意义。
【关键词】二元光学元件、原理、应用、透镜、棱镜、偏振片、分类、基本原理、组成、应用前景、总结、光学技术。
1. 引言1.1 概述二元光学元件是由两种不同材料组成的光学元件，在光学领域中起着重要的作用。
它们可以通过控制光线的传播方向、波长和偏振状态来实现不同的光学功能。
二元光学元件广泛应用于光通信、医疗成像、激光加工等领域，对于提高光学系统的性能和功能具有重要意义。
二元光学元件的设计原理基于不同材料对光的折射率、散射率和吸收率等光学性质的差异，通过将这些材料组合在一起，可以有效地控制光的传播和调节光学系统的性能。
透镜、棱镜和偏振片是常见的二元光学元件，它们在光学系统中起着重要的作用。
本文将介绍二元光学元件的基本原理、分类以及透镜、棱镜、偏振片组成的二元光学元件的特点和应用。
通过深入了解二元光学元件的原理和性能，可以更好地应用于各种光学系统中，提高光学系统的性能和功能，推动光学技术的发展。
1.2 研究意义二元光学元件作为光学系统中重要的组成部分，在现代光学技术和应用中具有重要的意义和作用。
通过对二元光学元件的研究，可以深入了解光学原理的基础知识，探索光学器件的设计和制造技术，以及拓展光学元件在各种领域中的应用。
二元光学元件的分类研究有助于我们更好地理解和区分不同类型的光学器件，进而为光学系统的设计和优化提供依据。
不同类型的二元光学元件在光学系统中具有不同的功能和作用，通过分类研究可以更好地选择合适的元件组成光学系统。
微电子二元光学器件制作工艺研究
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 屯子仪 器及 其零部 件更 １ １ ４ ， 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 。
表 达 式也 是标 量衍 射理 论 的结果 。 在 此 范 围内 ， 可将 二元 光 学元 件 的设计 看 作 是一个 逆衍射 问题 ， 即 由给定的入射 光场和所 要求 的出射光 场求衍 射屏 的透 过 率 函数 。
二元 光学元 件的 特征 尺 寸为波 长量级 或亚波 长量级 ， 刻 蚀深度 也较 大哒 到 几个 波长 量级 ） ， 标量 衍射 理论 中的假 设和 近似 便不 再成 立 ， 此时 ， 光 波 的偏 报ｌ 生质和 不 同偏振 光之 间 的相 互 作用对 光 的衍射结 果 起着重 大作 用 ， 必须 发
工 业技 术
Ｃ ｈｉ ｎ ａ ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔｅ ｃｈ ｎｏ ｌ ｏ ｇｙ Ｒ ｅ ｖ ｉ ｅ ｗ
●Ｉ
微 电子 二 元 光 学 器 件 制 作 工艺 研 究
。 文绍光 。 同军军
(整理)微光学器件总结
大作业丁武文2008010646 精85 折射微光学元件：1.折射微透镜：椭圆微透镜的制备及在半导体激光器（LD）光束整形中的应用[1]基础：LD发射光束具有以下两个特点：（2）x与y方向上的光束发散角不同；（2）光斑是椭圆形的。
传统的耦合技术是将LD基片与光纤端面直接相连, 称为平接连接法。
由于LD和光纤之间数值孔径的巨大差异，平接连接的耦合效率只能达到10%。
目前已有几种提高LD和光纤之间耦合效率的方法，这些方法可分为两类。
第一类是将光纤一端做成半球形或圆锥形，相当于一个透镜。
LD和透镜话光纤的耦合效率是2.5dB~6.4dB。
另一类是利用梯度折射率光纤，光纤中不同部位的折射率不同，使得光纤像一个自聚焦透镜。
使用这种方法的耦合效率大约是0.84 dB～3dB，工作距离低于4 500 μm。
这里提到的方法是用椭圆微透镜耦合的方案。
利用椭圆微透镜具有双焦距的特性，同时对LD光束进行准直、整形，使发散光束成为适合光纤传输的圆光束，提高了耦合效率。
微透镜的设计及制备：按需滴定法成形是使用脉冲式点胶机将PMMA溶液按照所需体积滴在玻璃基板上，溶液是光学级纯度的PMMA溶于MMA单体所得的混合预聚溶液，实验装置如图1 所示。
在实验前对作为基板的石英玻璃板进行预处理: 先将石英基板放在超声波清洗器中用蒸馏水清洗10 min，晾干后再用分析纯的无水乙醇在超声波清洗器中清洗10 min。
将清洗干净的石英基板放在含氮气氛的真空干燥箱中烘干使基板对水的接触角为10°，对PMMA溶液基本不浸润。
然后在基板上用MMA溶液按所设计的透镜大小做一些椭圆形的区域，该区域对PMMA溶液完全浸润( 如图2所示) 。
我们将溶液滴在这些椭圆形区域上，液滴在表面张力的作用下形成椭圆形的微透镜。
在滴定完成后，样品应立即放入一个小密闭容器中以减小MMA单体的挥发和透镜的收缩率。
然后放入烘箱，升温至100 ℃，这时PMMA和MMA 单体快速聚合，等聚合完全后将炉温升到180 ℃，透镜处于熔融状态，但又具有很高的粘度，能够保持住形状，在表面张力的作用下微透镜表面还可进行自修复形成椭圆形微透镜。
二元光学元件的原理与应用
二元光学元件的原理与应用【摘要】二元光学元件是光学器件中的重要组成部分，其原理和应用都具有重要意义。
在原理方面，二元光学元件通过将不同折射率的材料叠加在一起，实现光的特定传播方向和相位调控的功能。
而在应用方面，二元光学元件被广泛应用于激光器件、传感器、光通信等领域，发挥着重要作用。
二元光学元件的重要性体现在其在光学器件中的关键地位，其发展前景也十分广阔，随着光学技术的不断进步，二元光学元件将有更多的应用场景和发展机会。
通过深入了解和研究二元光学元件的原理与应用，我们可以更好地掌握光学器件的设计和制造技术，推动光学技术的发展和应用。
【关键词】引言：二元光学元件的原理与应用正文：二元光学元件的原理、二元光学元件的应用结论：二元光学元件的重要性、二元光学元件的发展前景关键词：二元光学元件、原理、应用、重要性、发展前景1. 引言1.1 二元光学元件的原理与应用二元光学元件是指由两种不同材料组成的光学元件，通常是由两种折射率不同的材料构成。
这种元件的原理是利用两种不同材料的折射率差异来实现对光的调控和操作。
其中一个材料通常被称为光导芯，用于传输光信号，另一个材料被称为光包层，用于保护和导向光信号。
二元光学元件可以实现对光信号的分光、耦合、调制等功能，广泛应用于光通信、传感、显示、激光器等领域。
在实际应用中，二元光学元件可以根据具体需求设计不同的结构和参数，以满足不同的光学系统要求。
在光通信系统中，二元光学元件可以用于光纤耦合器、光波导、光调制器等部件；在激光器中，二元光学元件可以用于模式整形、光束整形等；在传感系统中，二元光学元件可以用于光学干涉仪、光栅等。
二元光学元件作为光学器件中的重要组成部分，具有广泛的应用前景和重要性。
随着光通信、光电子技术的发展和进步，二元光学元件将会得到更广泛的应用和研究。
的研究将会促进光学技术的发展，并推动光学器件的创新和进步。
2. 正文2.1 二元光学元件的原理二元光学元件的原理主要涉及到光的干涉现象和偏振特性。
二元光学元件在微光夜视物镜中的应用研究
Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ Ｈｙ ｂ ｒ ｉ ｄ Ｒ ｅ ｆ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ‘ ＿ － ｄ ｉ ｆ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ Ｏｂ ｊ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ Ｌ ｅ ｎ ｓ
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Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｂ ｙ ｕ ｓ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｉ ｒ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ ｏ ｆ ｄ ｉ ｆ ｒ ｆ ａ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｏ ｐ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｅ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ，ａ ｈ ｙ ｂ ｉ ｒ ｄ ｒ ｅ ｒ ｆ ａ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ — ｄ ｉ ｆ ｆ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｏ ｐ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｏ ｂ ｊ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｌ ｅ ｎ ｓ
第３ ６ 卷第１ － ２ 期 ２ ０ １ ３ 年６ 月
长春理工大学学报 （ 自然 科学版 ）
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ｃ ｈ ｕ ｎＵｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄＴ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ（ Ｎａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅＥ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ）
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Ｈ Ａ Ｎ Ｘ ｕ ｅ ｂ ｉ ｎ ｇ ，Ｌ Ｉ Ｕ Ｈ ｕ ａ ，Ｚ Ｈ Ａ Ｎ Ｇ Ｗｅ ｎ ｊ ｉ ｎ ｇ ，Ｐ Ｉ Ａ Ｏ Ｊ ｉ ｎ ｇ ｌ ｉ ，Ｚ Ｈ Ａ Ｎ Ｇ Ｙ ｏ ｕ ｌ ｉ ｎ ，Ｌ Ｕ Ｚ ｈ ｅ ｎ ｗ ｕ
二元光学元件横向加工误差对衍射效率的影响
Ａ ｒｃ：Ｍｉ ｌ ｎ ｎ ｎ ｉｅｗｉｔ ｒ ｒ ａｅｍａｎｆｂｉ ｔ ｎ ｅｒｒ ｉ Ｂｎ ｒ ｔ ａ Ｅｅ ｎｓｔ ＯＥ ． ｔ ｓ ｂ ｔａ ｓ ｔ ｓ ｉ ｍｅｔａｄ ｌ ｄｈ ｅｒ ｓ ｒ ｉ ａｒ ａｉ ｒ ｓ ｎ ｉａ Ｏｐｉ ｌ ｌ ａｇ ｎ ｏ ｃ ｏ ｏ ｙ ｃ ｍｅｔ Ｂ ） Ｉ ｉ
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二元衍射光学元件
二元衍射光学元件
（实用版）
目录
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
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，在诸多领域发挥着关键作用，如通信、精密测量、激光技术等。
其中，二元衍射光学元件在激光光束整形、光强分布调整等方面具有广泛的应用前景。
本文将探讨二元衍射光学元件的设计原理、应用以及优点。
2.二元衍射光学元件的概念与原理
二元衍射光学元件是指具有两个或多个不同结构的光学元件组合而
成的一种光学元件。
其原理主要基于光的衍射现象，通过控制光的传播路径和相位差，实现对光束的整形和调制。
3.二元衍射光学元件的设计与应用
在激光光束整形中，二元衍射光学元件可以有效改善激光束的光强分布，使其从高斯分布转变为均匀分布。
此外，二元衍射光学元件还可以实现激光束的传播路径调整，使其从双曲线传播路径变为直线传播路径。
因此，二元衍射光学元件在激光光束整形领域具有广泛的应用前景。
4.二元光学的优点
二元光学具有以下优点：
(1) 高衍射效率：二元衍射光学元件通过多个结构的组合，可以实现更高效的衍射效果，从而提高光束整形的精度和效率。
(2) 结构简单：相较于传统光学元件，二元衍射光学元件的结构较为简单，便于设计、制造和操作。
(3) 灵活性高：二元衍射光学元件可以根据需要灵活地调整光学参数，实现对光束的精确控制和调制。
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广泛的应用前景，其高衍射效率、结构简单和灵活性高等优点使其成为光学技术领域的研究热点。
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。
二元光学在凸非球面零件检测中的应用
Ｖ０ ． ９ Ｎｏ ３ １３ ．
Ｓ ｐｅ ｂ ｒ２ ０ ｅ ｔ ｅ ０ ７ ｍ
［章 号 １０８ （０００ １３ 文 编 ］０１２０ ）—３０ ０ ３ ２７ ３１—
・ 研究简报 ・
二元 光 学 在 凸非 球 面零 件 检 测 中的应 用
肖永鹏 任 涛２ ，
（． １ 东北师范大学计算机科 学学院， 吉林 长春 １０ ２ ； ３ ０４ ２ 长春理工大学计算机 学院， ． 吉林 长春 １０ ２ ） ３０ ２ ［ 摘 要］ 分析使用多种透镜组合成补偿镜对非球面进行背部检验， 在各种传统检测方法的
基 础上 ， 究 了一种 新 的检测 方 法— — 使用 二 元 光学 元件 （ Ｇ 作 为 补偿 镜 来检 测 大 口径 凸 研 Ｃ Ｈ） 非球 面， 而 降低 加 工精度 和减 小 系统体 积 ． 论 了二元 光 学 的原理 和 设 计 方 法 ， 给 出设计 从 讨 并
实例 ．
［ 关键词］ 二元光学； 光学设计； 非球面检测
１２ ３
东 北 师 大 学 报 （ 然 科 学 版） 自
第３ ９卷
算机辅助设计及超大规模集成 电路制作工艺 ， 在片基上 （ 或传统光学器件表面 ） 刻蚀产生多个台阶深度 的浮雕结构或连续浮雕结构 ， 形成纯相位 、 同轴再现 ， 这是具有极高衍射效率 的光学元件 ． 二元光学不仅 在变革常规光学元件， 变革传统光学技术上具有创新意义 ， 而且能够实现许多传统光学难以达到的目的 和功能 ． 它的出现给传统光学设计理论及加工工艺带来一次革命 … 自 ８ ． ０年代以来国内外对二元光
学元 件做 了大 量 的研 究 ， 已被广 泛应 用 于红外 光 学 系统 、 互 联 、 光 全息 显 示 、 光学 扫 描 、 像 识别 和 图像 图 处理 、 视觉 模拟 系统 等许多 领域 ． １２ 光 阑远离 透镜 情况 下的单 色像 差 ．
二元光学器件表面表征方法研究
二元光学器件表面表征方法研究王星星;邹文栋;江茂清【摘要】二元光学器件是一种表面微细结构组成的衍射光学元件,其制作工程中存在的加工误差主要有系统刻蚀误差、对准误差、随机台阶刻蚀深度误差、随机台阶刻蚀宽度误差等.其表面结构的形态及其偏差对其使用性能将产生严重的影响.探索出有效的二元光学器件表面表征方法是保证其制作工艺及系统有良好性能的前提和主要手段.本文介绍了一种幅度参数表征法,并给出了参数表征法中各参数的数学模型.【期刊名称】《科技风》【年(卷),期】2011(000)010【总页数】1页(P51)【关键词】二元光学器件;幅度参数;表征法【作者】王星星;邹文栋;江茂清【作者单位】南昌航空大学无损检测技术教育部重点实验室,江西,南昌,330063;南昌航空大学无损检测技术教育部重点实验室,江西,南昌,330063;南昌航空大学无损检测技术教育部重点实验室,江西,南昌,330063【正文语种】中文由于二元光学器件在制作过程中其表面结构形貌易产生加工误差，这对器件的使用性能有着很大的影响。
此外成型二元光学器件表面的粗糙度、蚀刻台阶数以及在制作过程中的光刻胶厚度等参数也会降低其衍射效率。
目前，对于器件表面形貌这一重要因素并没有进行太多深入有效的分析研究，这对改进和提升二元光学器件加工工艺和质量是一大缺失。
总之，探究二元微光学器件的表面三维形貌特征的检测分析，能为分析和判断二元光学器件的质量和性能提供进一步的依据。
3D参数目前仍处于研究探讨阶段，尚未有正式的国家或国际标准，但已经大量的出现在论文文献当中。
K.J.Stout等人提出不同的表征特性将参数表征划分为幅度参数、空间参数、功能参数和综合参数四大类（共15个参数）。
表面粗糙度反映的是被测表面的微观不平整度以及其较小间距范围内由峰谷构成的微观几何形状。
因此，二元光学器件的表面粗糙度是加工者和使用者最关心的光学表面特性之一。
按国标规定，在被测量区域内，表示表面粗糙度的参数主要有以下三种：1）PV值：表面最大峰谷高度；2）RZ：5个最大峰值的均值与5个最低谷值的均值之差；3）Ra：取样区间内，按算术平均值得到的算术平均偏差。
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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 。
N 2 ,
n
d sin h , N
d d ' N
经计算得二元相位闪耀光栅的 闪耀条件和衍射效率：
2d sin
d 台阶数为N，光栅常数为d'
I sin m / N sin m I 0 m sin m 1 / N
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讨论