衍射光学技术原理及实际有效应用.ppt

衍射光学技术及其应用 图形转印：接触式、投影式、分布投影式。 接触式光刻是将掩模板和涂有光刻胶的基片接触曝光。 投影式光刻是将掩模图形1:1成象于基片表面曝光。 分步投影光刻：用紫外光将掩模图形在基片上进行分步投影精缩。 刻蚀：湿法刻蚀、干法刻蚀。 湿法刻蚀即化学腐蚀属各向同性刻蚀，刻蚀边缘多是园弧形，精度低，不宜刻蚀小于3?m的图形。 干法刻蚀是在气相中将要刻蚀部分变成挥发物质而被清除，它包括离子刻蚀(IBE)、反应离子刻蚀(RIE)和反应离子束刻蚀(RIBE)等工艺方法，均属各相异性刻蚀。其刻蚀速率高，具有良好的方向性和选择比，分辨率可高达10nm。 连续位相BOE 无掩膜方法 激光直写、电子束直写 有掩膜方法 灰阶掩膜 移动掩膜或旋转掩膜等 台阶位相衍射光学元件的制作需要多次重复掩模图形转印和刻蚀(或薄膜淀积)过程，加工环节多、周期长、且对准精度难以控制。 连续位相衍射光学器件：一次成形且无离散化近似。 直写法 电子束：最小水平线宽0.5?m 激光：最小水平线宽0.5 ?m 轮廓深度难以控制和刻蚀图形变形问题 灰阶掩膜法 衍射光学器件的刻蚀深度与刻蚀时间、曝光强度成正比。若掩膜板的光强透过率是连续分布，转换并刻蚀在基片上的位相深度就是连续分布的。 刻蚀深度 刻蚀时间 ? 曝光强度 ? 移动掩膜与旋转掩膜 刻蚀深度 圆心角 ? h 刻蚀深度 h ? 复制工艺 衍射光学器件母板制作成本较高。发展复制技术是成本、推广应用的关键。 铸造法 (Casting) 模压法(Embossing) 注入模压法(Injection molding) 在光刻热熔成型以及电铸复制得到的微透镜阵列镍板基础上，采用静态铸塑技术，得到了高质量的PMMA微透镜阵列．复制精度优于0.5?m。 刻蚀轮廓测量 微观形貌 台阶仪 扫描电镜 SEM 扫描探针显微镜 SPM 原子力显微镜 AFM 衍射光学器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系统中。 折衍混合物镜 光束匀滑 光束准直 分束与合束 光学图象处理 微光谱仪 光束扫描 光盘读数头 激光热处理 亚波长结构 4、衍射光学器件的应用 1) 照相机物镜 衍射光学色散、热膨胀等特性与折射器件具有互补性， 校正折射透镜的色差与热差 光学系统的小型化与轻量化 2) 光束匀滑 神光Ⅱ装置的惯性约束聚变(ICF)靶场系统 定性描述衍射光学器件的束匀滑功能 a.无器件 焦点 b.焦前 c.焦点 d.焦后 ?100mm 1.064?m LD 3) 消象散 半导体激光器(LD)存在非对称激活通道，发出的光具有较大的发散角且有像散，一般平行及垂直方向的发散角分别在?y=10?~30?、?x =30?~60?，需预先校正为准直性好的圆形光束才能实际应用。 4) 长焦深 由于系统的加工制造误差或装配误差，或被检测物的表面不平度等原因导致聚焦光斑的变化，从而影响工作精度，因此要求扫描光束沿光轴具有一定的焦深。 5) 光束准直 许多大型乃至巨型的机电设备的安装及测量需要一条准确的长距离光学基准线。 基于无衍射光束原理设计的衍射光学器件可以提供此基准线，它可将激光器发出的光改造为准直性非常好的光束，准直范围达几十米。 6) 分束 在光纤通信、光计算、光盘存储、光电技术、图象处理及精密测试等现代科技的许多领域中，越来越多地要求能将一信息(图象或数据)的输入变换成多个信息的输出，因此需要光学分束器件。Dammann光栅、Talbot光栅、微透镜阵列等均能实现上述功能。 Dammann光栅: 具有特殊孔径函数的二值相位光栅, 其对入射光波产生的夫琅和费衍射图样是一定点阵数目的等光强光斑，完全避免了一般振幅光栅因sinc函数强度包络所引起的谱点光强的不均匀分布。 设计思路：相位取二值， 但周期内空间坐标(刻槽数目及槽宽)被任意调制或仅相位调制，或空间坐标与相位同时被调制。 Laser Spacial Filter Sample Dammann Grating Lens Lens Filter CCD Paralell Confocal Detection System Based on Dammann Gratings Confocal Pinhole Array Objective Dichroic Dammann光栅的应用：并行共焦显微镜 * * 谭峭峰 清华大学 精仪系 光电工程研究所