菲涅耳微透镜行列阵衍射效率的测试与分析.pdfVIP

维普资讯 冬{一4 第 l8卷 第 1期 光 学 学 报 V。1．18．No．1 1998年 1月 ACTA OPTICA SINICA January，1998 菲涅耳微透镜列阵衍射效率的测试与分析 0每 |2 塑 陈英 (I~ll大学物理系，成都 610064) 04：6。{ 蛳 (中国科学院成都分瘫看研究所，成都610209) 摘 要 归纳了目前二元位相型菲涅耳徽透镜列阵衍射效率测试中所用各种衍射效率的不同定 义．提出规范定义的建议。并设计了测量衍射效率的系统，方法简单易行，适于测试具有微小单 CCD探测器。二元 l 引 言 二元光学元件的衍射效率是标志元件质量的关键指标 ，是直接关系到设计和制造出的元 件能否在实际光学系统中采用的一个至关重要的问题。因而对衍射效率进行精确测量是非常 重要的。 二元位相型菲涅耳微透镜列阵(FLA)是由一系列阶梯形的同心圆环组成的周期性位相浮 雕图形。1990年，林肯实验室用离子束刻蚀方法在石英基片上制作了8阶菲涅耳微透镜列 阵，透镜F数为，／5，衍射效率为84 ；同年，AT~T．贝尔实验室以薄膜淀积的方法在石英基 片上淀积SIO制作的8阶菲涅耳微透镜列阵，透镜F数为f／31，衍射效率91 f1995年上 海技物所报道了他们 1992年在石英基片上以离子柬刻蚀方法研制的8阶菲涅耳微透镜列阵， 透镜F数为f／31，测得的衍射效率为77．356I。]；1991年林肯实验室测得 8阶菲涅耳微透镜列 阵，透镜F敦为1／4．5，其衍射效率为85 】}1992年RockwellInternationalScienceCenter测 得 8阶菲涅耳微透镜列阵，透镜F数为f／4．5，其衍射效率 76 。从以上报道的衍射效率来 看，各实验室报道的相同位相台阶数的菲涅耳微透镜列阵其衍射效率有很大差异。经分析 ， 排除各 自设计和工艺的不同而影响衍射效率的大小之外，其差别部分来源于所采用的衍射效 率的各 自的定义、测试系统和测试方法的不同。这些结果既不同于严格理论定义的衍射效 率，也不能完全代表实际使用所关心的有效的能量利用率，缺乏可比性。为了研究实际应用 中不同制作工艺的制作误差对二元光学元件衍射效率的影响，优化设计和工艺，研制出高性 能的菲涅耳微透镜列阵，严格的具有可比性的定义和准确测量是非常必要的。因此，本文对 *中国科学院光电所徽细加工光学技术国家重点实验室资助项 目 收稿 日期 1996—10—05f收到修改稿 日期；1997—08—0j 维普资讯 光 学 学 报 18卷 国内外报道的文献资料进行了归纳总结，从 目前人们习惯采用的方法的现状出发，对菲涅耳 微透镜列阵的衍射效率的测试提出了规范定义的建议，并提出了相应的测试方法。 2 衍射效率的定义 2．1 理论定义 衍射效率定义为衍射波光强度和入射照明光强度之 比。即 一 }／ee ，s为衍射信号 的复振幅，P为入射照明波的复振幅 。对于衍射光栅，衍射效率的太小表征衍射光栅把入射 光能量转化为所需要级次衍射光能量的能力。其定义为对特定的衍射级次，该衍射光的光通 量与入射光的总光通量之 比( 一 ／) 二元位相型菲涅耳微透镜列阵的设计依据是菲涅耳波带片(FZP)的近轴衍射原理 ，当使 用一平面波(波长 )来照射菲涅耳波带片，在波带片后会产生许多发散或会聚的球面波，每 个球面波代表其振幅与焦距已由菲涅耳波带片模型所决定的一个衍射级次，在其中心轴上会 产生多个会聚点 通常，菲涅耳微透镜列阵的衍射效