多层衍射光学元件的优化设计方法

摘要

一种多层衍射光学元件的优化设计方法，属于光学设计技术领域。现有技术并未实现优化设计。本发明包括以下步骤：1、根据多层衍射光学元件的表面微结构高度公式，优化选择构成多层衍射光学元件的光学材料；2、在整个工作波段内，采用不同的设计波长组合，确定出带宽积分平均衍射效率分布；3、在整个工作波段内，确定出最大带宽积分平均衍射效率，以及相应的设计波长；4、将确定出的与最大带宽积分平均衍射效率相应的设计波长代入多层衍射光学元件的表面微结构高度公式，计算得出多层衍射光学元件的优化的表面微结构高度以及优化的衍射效率。本发明用于宽波段的成像光学系统的多层衍射光学元件设计，实现了多层衍射光学元件的带宽积分平均衍射效率最大化。

主权项

1.一种多层衍射光学元件的优化设计方法，其特征在于，(1)根据多层衍射光学元件的表面微结构高度公式，优化选择构成多层衍射光学元件的光学材料；(2)在整个工作波段内，采用不同的设计波长组合，确定出带宽积分平均衍射效率分布；(3)在整个工作波段内，确定出最大带宽积分平均衍射效率，以及相应的设计波长；(4)将确定出的与最大带宽积分平均衍射效率相应的设计波长代入多层衍射光学元件的表面微结构高度公式，计算得出多层衍射光学元件的优化的表面微结构高度以及优化的衍射效率；所述多层衍射光学元件的表面微结构高度公式为：$H_1=\frac{m{\lambda }_1(n_2\left({\lambda }_2\right)-1)-m{\lambda }_2(n_2\left({\lambda }_1\right)-1)}{(n_1\left({\lambda }_1\right)-1)(n_2\left({\lambda }_2\right)-1)-(n_1\left({\lambda }_2\right)-1)(n_2\left({\lambda }_1\right)-1)},$$H_2=\frac{m{\lambda }_2(n_1\left({\lambda }_1\right)-1)-m{\lambda }_1(n_1\left({\lambda }_2\right)-1)}{(n_1\left({\lambda }_1\right)-1)(n_2\left({\lambda }_2\right)-1)-(n_1\left({\lambda }_2\right)-1)(n_2\left({\lambda }_1\right)-1)},$式中：H₁和H₂分别为多层衍射光学元件各层的表面微结构高度，m为衍射级次，λ₁、λ₂为多层衍射光学元件的设计波长，n₁(λ₁)、n₁(λ₂)、n₂(λ₁)和n₂(λ₂)分别为多层衍射光学元件光学材料对设计波长的折射率；所述带宽积分平均衍射效率由下式求得：${\bar{\eta }}_{\min t}({\lambda }_1,{\lambda }_2)=\frac{1}{{\lambda }_{\max }-{\lambda }_{\min }}\underset{{\lambda }_{\min }}{\overset{{\lambda }_{\max }}{\int }}{\eta }_m\left(\lambda \right)\mathrm{d\lambda },$式中：为第m衍射级次的带宽积分平均衍射效率，λ_min、λ_max分别表示工作波段的最小波长和最大波长，η_m(λ)为第m衍射级次的衍射效率，η_m(λ)的具体形式是：${\eta }_m\left(\lambda \right)={\sin c}^2(m-\frac{\phi \left(\lambda \right)}{2\pi }),$其中，φ(λ)是标量衍射理论中衍射光学元件的相位延迟，λ为工作波长。