第1章 现代光学技术中的微光学.pptVIP

现代光学技术 ——微光学 第一章　现代光学技术中的微光学 光学是一门古老的科学，自伽利略发明望远镜以来，光学已走过了几百年的漫长道路。 现代光学的发展方向——大光学、微光学 大光学：欲达到高分辨率，最重要的方法是提高光学系统的口径。因为口径越大，角分辨率（1.22λ/D）越高。 微光学： 随着微电子技术的发展，大规模、超大规模集成电路的研制，要求光学系统朝着小型化、集成化、阵列化的方向发展。 一、大光学 应用于航天遥感、天文观测领域的光学系统，为了提高成像的分辨率，必须提高光学系统的口径。 大型的地基光学系统的口径已达到10米以上，天基光学系统也达到了2米以上，并且向更大口径方向发展。 由此引发了一系列的新技术变革：超大口径光学系统设计、超大口径光学加工技术、超大口径长焦距光学系统检测与装调技术、支撑结构设计、光学系统热分析、超大面阵焦平面电子设计、主动光学、自适应光学、实时监测技术等。 新概念的光学系统——合成孔径光学系统。 超大口径光学系统的实现方案 美国的哈勃望远镜： 角分辨率0.007’’，主镜2.4m、重量817.2公斤，总重量11.25吨。 研发12年，耗资15亿美元。 二、微光学 60年代激光的出现，促进了光学技术的飞速发展，但基于折反射原理的传统光学元件，如透镜、棱镜等大都是以机械的铣、磨、抛光等来制作的，不仅制造工艺复杂，而且元件尺寸大、重量大。在当前仪器定向光、机、电集成的趋势中，它们己显得臃肿粗大极不匹配。研制小型、高效、阵列化光学元件已是光学领域刻不容缓的任务。 微光学技术所制造出的微透镜与微透镜阵列以其体积小、重量轻、便于集成化、阵列化等优点，已成为新的科研发展方向。 随着光学元件小型化的发展趋势，为减小透镜与透镜阵列的尺寸而开发了许多新技术，现在已经能够制作出直径为毫米、微米甚至纳米量级的微透镜与微透镜阵。 这种透镜与透镜阵列通常是不能被人眼识别的，只有用显微镜、扫描电镜、原子力显微镜等设备才能观察到，这就是微透镜和微透镜阵列。 微光学——微米尺度上的光学、单元尺寸在波长量级。 为减小微透镜与微透镜阵列的尺寸而进行的科学研究主要有两条途径。 第一条途径为二元光学方法，主要研究利用光刻、激光直写、灰度掩模、离子束刻蚀等技术制作出衍射微透镜与衍射微透镜阵列，该方法制作出的光学元件具有表面相位浮雕结构，面形不连续，这种类型的微透镜与微透镜阵列称为衍射型微透镜与透镜阵列； 若在宏观透镜表面加工衍射面，则可制成折射/衍射混合光学系统，可实现消色差、提高像质功能； 第二条途径是在保持微透镜表面面形平滑、连续的基础上使微透镜的尺寸尽量减小，并将其阵列化，主要采用的方法主要有胶体颗粒自组装法、离子交换法、光敏玻璃热成形法、光刻胶热熔法、光电反应刻蚀法、聚焦离子束刻蚀与沉积法、化学气象沉积法等方法，这种方法制作出的微透镜与微透镜阵列称为折射型微透镜与微透镜阵列。 课程概述 《现代光学技术》介绍现代光学领域的一个新兴学科——微光学； 分析方法——微光学的基本理论； 设计方法——微光学元件与系统的设计，折射/衍射混合光学系统的设计； 加工方法——各种微光学元件的加工、复制技术、测试技术； 微光学系统——各种新型的微光学系统的原理、应用，内容新，知识面广。 课程体系 第一章 现代光学技术中的微光学 第二章 微光学元件的光学特性与分析方法 第三章 折射/衍射混合光学系统 第四章 衍射光学元件的加工技术 第五章 折射微光学元件的加工技术 第六章 微光学元件的复制技术 第七章 基于折射型微光学的现代光学系统 第八章 基于衍射型微光学的现代光学系统 知识特点 “微”光学——微小、微米；“小人国”光学。 “现代”光学——新知识，很多内容属于当前的研究热点和在研课题，很多章节的深度相当硕士、博士生的学位论文水平。 涉及知识面广：光学、微机械、微电子、材料学、真空科学与粒子束等。 属性：庞大严密的理论体系＋精密的实验体系。 参考书目 《微光学与系统》杨国光，浙江大学出版社 《微光学元件、系统和应用》 周海宪，国防工业出版社 《二元光学》 金国藩，国防工业出版社 科技期刊文章与硕士、博士学位论文 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。 二元光学则是完全依赖衍射效应实现的，二元光学是衍射光学的一种实现途径。 1. 二元光学发展历程 二十世纪六十年代，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