一种柱面基底衍射光学元件的制作方法

摘要

本发明涉及衍射光学元件制作领域，具体为一种柱面基底衍射光学元件的制作方法。针对赵浩之等人在2013年提出的基于干涉方法在曲面基底上制作具有大面积、任意分布的衍射光学元件时出现的问题，在保证获得同样效果的前提下，为了增加实验的可行性和准确性，得到更好的实验结果，我们提出了基于优化算法的曲面光强调制的新想法，并应用到曲面衍射光学元件的制作中。进行了模拟仿真和实验验证，得到了较满意的结果。相对于干涉的方法，本方法的优势在于只需一个位相调制器，免去了两个空间光调制器对准的麻烦。

主权项

一种柱面基底衍射光学元件的制作方法，所述制作方法分为如下步骤：第一步：针对要设计的衍射光学元件的结构图案进行曲面建模；确定图案原始像素大小a×a；确定补零后图案像素大小b×b，b>a；确定补零后的图案尺寸；确定曲率半径、曲面张角；以柱面中心为补零后的图案中心，以中心为原点对图案建模；将图案等分成正方形网格状，网格数为像素数；将每个网格看做一个微元，利用惠更斯衍射计算曲面衍射；第二步：针对一个灰度图案和一个二值图案分别进行数值模拟；定义参数：图案原始大小为256×256像素、补零后大小为400×400像素、理想光强分布I和曲面上的初始复振幅分布其中α₀为随机分布的位相；利用惠更斯逆向衍射，求得输入面的复振幅分布，即进行第一次约束，提取其位相构成纯位相分布作正的惠更斯衍射，得到曲面输出面上的复振幅分布$U_j\left(A\right)=A_j{e}^{{\mathrm{i\alpha }}_j};$进行第二次约束，即保留位相部分不变，而令振幅为A_j+1＝M[A₀+(A₀‑A_j)k]+γ(1‑M)A_j；M为一个矩阵，在图像的补零的区域等于0，在图像信号区域为1，k和γ为反馈参数和噪声抑制参数，取值范围为0～1；以新得到的复振幅分布作为下一次迭代的初始分布，进行下一轮循环，一直迭代下去，直到满足收敛精度要求或是达到了迭代次数的上限才会停止；输出纯位相分布得出再现图光强分布|U(A)|²；第三步：实验制作；把得到的纯位相分布的相位部分写成归一化bmp格式图像文件加载到BNS空间光调制器上；通过实验室搭建空间光调制器系统和4‑f光路系统进行柱面曝光实验，具体光路图如图6所示；空间光调制器准确调制入射光分布为想要获得的出射光分布，进而准确调制了柱面上的任意光强分布；涂抹在目标曲面上的光致聚合物曝光30s，记录图案；对曝光后的光致聚合物材料紫外固化2分钟，在烤箱中于90摄氏度条件下加热30分钟，最终制作出具有我们想要获得的图案的衍射光学元件。