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现代光学前沿新兴分支学科 ——二元光学技术与应用 徐 平 深圳大学光电子技术工程系 E-mail: xuping@szu.edu.cn Tel.6557246 主要内容： 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 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。 1.二元光学概述 六十年代，随着计算机制全息图以及相息图的发明和成功的制作，引起了观念上的重大变革。 人们认识到应用这些新型的衍射光学元件，可方便灵活的控制光路以实现多种光学功能，开辟光学系统设计的新天地。 1.二元光学概述 七十年代，在可见光和近红外光波段内制作具有高衍效的超精细结构元件仍面临困难，因而限制了这些元件的应用范围。 与此同时，微电子工业在制作技术方面也经历了一场革命，光学和电子束制版以及干刻蚀技术逐渐发展成熟，已成为制作精细结构元件的完善工具。 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。 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。 1.二元光学概述 1984年，在美国国防部及空军的支持下，启动了一个名叫“二元光学” (binary optics) 的项目，极大地推动了衍射光学的发展。 此后，衍射光学的研究日益活跃。 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 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 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。 1.二元光学概述 二元光学技术 是利用计算全息方法与大规模集成电路技术和微细加工技术相结合，从而在任意片基材料上制作出位相深度为 的多台阶微浮雕结构的衍射微光学元件， 是一门新兴的前沿交叉综合学科和高技术。 1.二元光学概述 二元光学元件特点 以光的衍射为基本原理，具有微型化、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。 2. 二元光学元件的设计方法 二元光学元件示意图 2. 二元光学元件的设计方法 2. 二元光学元件的设计方法 2.二元光学元件的设计方法 2. 二元光学元件的设计方法 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。 在这个过程中将会引进编码噪声 (2) 量化处理 对连续分布的相位进行分级量化处理。此时又会引起位相量化噪声。 主要有：G-S算法、Y-G算法及SA(Simulation Annealing)算法。 3. 二元光学元件的制作方法 3. 二元光学元件的制作方法 4. 二元光学元件的应用 衍射光学元件以其能够灵活的变换波前、集多种功能于一体和可复制等优良特性，促使光学系统和器件走向轻型化、微型化和集成化。这种新型的光学元件的应用极为广泛。 4. 二元光学元件的应用 微小光学系统中的微型元件 光学及神经网络计算、光学平行处理系