希望讨论一下二元光学元件在传统光学镜头中的应用

xyqy · 发表于 2004-1-4 21:14:00

二元光学的发展趋势

二元光学是建立在衍射理论、计算机辅助设计和微细加工技术基础上的光学领域的前沿科学之一，超精细结构衍射元件的设计与加工是发展二元光学的关键技术。二元光学的发展不仅使光学系统的设计和加工工艺发生深刻的变革，而且其总体发展趋势是未来微光学、微电子学和微机械的集成技术和高性能的集成系统。今后二元光学元件的研究将可能在以下方面发展。
一、具有亚波长结构的二元光学元件的研究(包括设计理论与制作技术)
这类元件的特征尺寸比波长还要小，其反射率、透射率、偏振特性和光谱特性等都显示出与常规二元光学元件截然不同的特征，因而具有许多独特的应用潜力，如可以作为抗反射元件、偏振元件、窄带滤波器和相位板。研究重点包括：建立正确和有效的理论模型设计超精细结构衍射元件；特殊波面变换的算法研究；发展波前工程学，以制作逼近临界尺寸的微小元件及开拓亚波长结构衍射元件的应用，推动微光学的发展。
二、二元光学的CAD软件包的开发
至今尚未找到适合于不同浮雕衍射结构的简单而有效的理论模型，二元光学元件的设计仍缺乏像普通光学设计程序那样，可以求出任意面形、传递函数及系统像差、具有友好界面的通用软件包。但随着通用设计工具的发展，二元光学元件有可能成为通用的标准光学元件，而得到广泛的应用，并与常规光学结合，形成一代崭新的光学系统。
三、微型光机电集成系统是二元光学研究的总趋势
1991年，美国国家关键技术委员会向美国总统提交了《美国国家关键技术》报告，其中第8项为“微米级和纳米级制造”，即微工程技术，它主要包括微电子学、微机械学和微光学这三个相互关联相互促进的学科，是发展新一代计算机、先进机器人及智能化系统，促进机械、电子及仪器仪表工业实现集成化、微型化的核心技术。二元光学技术则是发展微光学的重要支柱，二元光学元件有可能直接刻蚀在集成电路芯片上，并在一块芯片上布置微光学阵列，甚至完全集成化的光电处理单元，这将导致包含各种全新的超密集传感系统的产生。
图示描述了微工程技术的三个学科相互交叉相互影响形成的交叉学科。在微光学取得令人注目的进展的同时，另一门前沿科学——微电子机械(MEM)学取得了飞速的发展，这种结合三维集成电路处理技术的微机械方法已成功地用于改善传感器和执行器的性能，降低费用。基于这种新技术设计的微传感器和微机械执行器，至少在一个维数上的尺寸已达到微米量级，其他维数也小于几个毫米，对军用、工业和消费产品都有潜在的应用市场。
MEM和微光学技术的共同特征是它们都基于VLSI技术，两者的结合就能产生一个新的、更宽广的微光电机械系统，它已经在激光扫描、光学开关、动态微透镜和集成光电－机电装置等方面显示出诱人的前景和产品市场，并将进一步开拓到微分光仪、微干涉仪和小型在线机械检测系统等领域。在微机械、微电子支撑下的微光学系统也更易商品化，从而形成二元光学产业。
具有多层结构的Amacronic焦平面预处理器是微光学、微电子学和微机械集成系统的典型应用，它以并行光学处理方式降低了对电子处理速度和带宽的要求，增强了集成系统的处理能力和灵活性。多层微光电机械装置的进一步发展甚至可以模仿生物视觉原理，这个方向的研究成果对于人类将有无法估量的意义。
可以预见，光学工程师们能像今天的电子工程师们一样，坐在计算机终端前，通过按动鼠标或敲击键盘来设计组合二元光学元件以及各种光机电组合系统，这一天的到来为时不会太久。

光年 · 发表于 2004-1-18 09:02:00

目前还不成熟，受加工水平限制

xyqy · 发表于 2004-1-26 18:53:00

下面引用由光年在 2004/01/18 01:02am 发表的内容：
目前还不成熟，受加工水平限制

应该是一项系统工程吧，并不仅仅是受加工水平的限制，其他诸如设计、应用等方面，就目前而言，也还缺少经验。
特别是设计时给定的工差对于应用的影响，还有待于实验来定。

zfw0080 · 发表于 2004-1-28 06:51:00

请问xyqy：
《微光学元件、系统和应用》，
〔瑞士〕H.P.赫尔齐克
那里可以找到，谢谢！

光年 · 发表于 2004-1-29 05:45:00

下面引用由zfw0080在 2004/01/27 10:51pm 发表的内容：
请问xyqy：
《微光学元件、系统和应用》，
〔瑞士〕H.P.赫尔齐克
那里可以找到，谢谢！

北京海淀图书城就有！

fengyugui · 发表于 2004-1-29 20:42:00

能否具体介绍一些二元光学元件产品及其应用事例。

DOE · 发表于 2004-1-31 14:52:00

[这个贴子最后由DOE在 2004/01/31 12:16pm 第 1 次编辑]

  看来有不少朋友对二元光学或衍射光学感兴趣。我也在此谈谈我的一点看法，与大家交流。
  首先，我觉得应该明白衍射光学元件（DOE）和二元光学元件（BOE）的联系和区别。按照元件的透过率来分，DOE可以分为振幅型和位相型。在位相型DOE中，理想的元件是相息图，它的理论衍射效率是100%，其它级衍射为零。相息图在传统光学镜头中已经得到应用，尤其是在红外光学系统中，由于设计波长长，按照光栅方程，光栅周期就大，镜片上衍射环少，容易加工和测试。这样的元件往往是以非球面为基，利用DOE校正色差，非球面校正单色象差。如stevenwu的贴图所示，DOE的截面呈锯齿状。
  BOE属于位相型DOE中的一种。在许多情况下，由于工艺的限制，有些元件不能做成相息图，这时BOE就派上用场了。它是相息图的一种近似。这方面的工作有位相函数设计，掩模图案数据生成，刻蚀，元件质量控制等。关于位相函数设计，有些元件可以采用商用光学设计软件，如OSLO,Zemax,CodeV等，但有些元件设计可能无现成的软件可用。显然，BOE的台阶数越多，衍射效率越高，衍射杂光越少，但需要的掩模越多，带来的各种误差越多，成本越高。所以在位相函数设计中，要多方面考虑（衍射效率，衍射杂光，加工精度和成本）。有些BOE元件的商业化历史，至少有十年以上。

leaf · 发表于 2004-2-11 01:06:00

请教各位，谁知道DAMMANN光栅怎么优化出参数？

miaomiao2003 · 发表于 2004-2-24 17:25:00

zemax里面好像就有例子啊！！

nay · 发表于 2004-3-2 23:09:00

怎么没人讨论这个问题了？我对这个问题很有兴趣哟，对了，用ZEMAX能设计吗？我好象有看到ZEMAX有这项功能的，不知哪位大虾在这方面用过，不妨出来说说嘛

stevenwu · 发表于 2004-3-11 20:10:00

可以用binary设计出消色差的singlet

阿朱 · 发表于 2004-3-12 01:03:00

请问你们的二元光学元件口径有多大是用哪种方法加工的是车吗？
是用轮廓仪检测的吗

希望讨论一下二元光学元件在传统光学镜头中的应用