人工微纳光学结构的设计、制作及应用
人工微纳光学结构是指特征尺寸在微米甚至纳米级别的一类新型光学器件。相比于传统的折、反射光学元件,微纳光学元件在波面转换、偏振控制、光学抗反射、表面拉曼散射增强等方面具有许多独特的光学性能,并由此产生了一系列新的应用,包括: k)_#u;qmG l%w|f`B: 1. 二元光学元件在波面转换中的应用 U.)eJ1a L7="! I 图1. (a)二元光学元件用于光束整形 (b)二元光学元件用于复杂曲面干涉检测 %['F[Mo Gwk@X/q t)b>f~ 在激光的广泛应用中,对激光的波面、光强分布、模式及光斑的形状与大小等提出了多种特殊的要求。例如:在激光加工和热处理中,为实现一次成型的高效率加工,需要使用形状各异(矩形、环状或直线形)的激光光斑;在强激光光学中,对激光光斑的要求极其苛刻,要求微小光斑不均匀性小于5%,衍射效率大于90%,且光斑呈无旁瓣的平顶分布。二元光学元件是基于光波的衍射理论,利用计算机辅助设计,并用微纳制作工艺,在片基上刻蚀产生两个或多个台阶深度的浮雕结构,行成纯位相、同轴再现、具有极高衍射效率的一类衍射光学元件,可广泛用于如图1. (a)所示的激光光束整形。 EE{%hGb M/ \~ 在光学系统中采用高设计自由度的复杂曲面,不仅能够使系统获得更加优异的光学性能(例如矫正像差、改善像质、扩大视场、增大作用距离等),而且还能简化系统结构、降低成本、减轻重量。复杂曲面所具有的多变的面型虽然为光学设计提供了更大的自由度,但同时也给检测带来了极大的困难。对于面形精度在亚微米量级的超精密光学自由曲面,目前还没有一种方法能快速、准确地对其面形做出正确的评价。二元光学元件能够灵活地产生任意形状的波面,如图1. (b)所示,若将其作为补偿器放入普通干涉仪,可产生高质量的复杂比较波面,从而实现对光学非球面、自由曲面的高精度干涉检测。 cv&hT.1 "q8'tN>< |