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第1章 折射和衍射光学的设计 1

1.1 引言 1

1.2 衍射光学元件和系统的设计 3

1.2.1 相位函数:描述和实现 4

1.2.2 最佳设计 8

1.2.3 系统设计 14

1.3 衍射元件的折射特性 18

1.3.1 闪射光栅 18

1.3.2 扇出元件 21

1.4 衍射和折射透镜 26

1.4.1 透镜的近轴特性 26

1.4.2 折射衍射光学元件的像差 28

1.4.3 像差讨论 31

1.5 结论 34

参考文献 34

第2章 微雕刻光栅的衍射理论 37

2.1 引言 37

2.2 电磁光栅理论 38

2.2.1 电磁理论原理 38

2.2.2 光栅衍射问题 39

2.2.3 调制区域以外的场 42

2.2.4 调制区域内的场 44

2.2.5 边界值求解 48

2.2.6 数学上的考虑 51

2.3 近似的光栅理论 52

2.3.1 亚波长周期的光栅 53

2.3.2 复振幅透过率方法 54

2.3.3 薄光栅分解法 55

2.3.4 局部平面波法 56

2.4 光栅的衍射特征 57

2.4.1 标题理论的有效性 57

2.4.2 光栅分布的参量优化 59

2.5 调制光栅 60

2.5.1 第一级调制 60

2.5.2 零级调制 61

2.6 结论 63

参考文献 64

第3章 二元光学元件的加工技术 67

3.1 二元光学技术——一种制作衍射微光学元件的有效方法 67

3.2 MIT林肯实验室对二元光学元件的研究和应用 68

3.2.1 相位浮雕结构 68

3.2.2 二元光学元件 69

3.3 二元光学元件设计和制造的理论基础 70

3.3.1 二元光学技术 70

3.3.2 光刻术和基板图刻技术 74

3.3.3 二元光学元件的制造 78

3.4 二元光学微透镜阵列的特性 79

3.4.1 制造技术和光学特性 79

3.4.2 衍射微透镜检测设备 82

3.4.3 效率的测量和讨论 84

3.4.4 制造误差的影响 86

3.5 深结构形三维微光元件的制造 87

3.5.1 折射二元光学元件的制造 90

3.5.2 连续分布微透镜 94

3.5.3 彩色识别用光学元件 97

3.6 未来的发展方向 100

3.6.1 微光学元件与电子和机械结构集成 100

3.6.2 未来的系统——实现技术的集成和发展 102

参考文献 103

第4章 连续浮雕微光学元件直写技术 107

4.1 引言 107

4.2 激光束直写 109

4.2.1 激光束直写系统的设计 110

4.2.2 光致抗蚀剂 114

4.2.3 表面浮雕分布的保真度 118

4.2.4 制造微光学元件实例 123

4.3 电子束直写 127

4.3.1 系统设计和抗蚀剂工艺 128

4.3.2 结果与实例 134

4.4 其它的直写技术 138

4.4.1 聚焦离子束 138

4.4.2 激光烧蚀 139

4.4.3 激光淀积和蚀刻 141

4.4.4 金刚石车削 141

4.4.5 半色调掩模技术 143

4.5 结论 145

参考文献 147

第5章 折射子透镜阵列 150

5.1 引言 150

5.2 梯度折射率透镜 151

5.3 光热技术 155

5.4 热软熔 156

5.5 光致抗蚀剂的“蚀刻” 162

5.6 研磨和抛光 167

5.7 辅助技术 168

5.7.1 增长焦距 168

5.7.2 复制 169

5.7.3 离子蚀刻（干蚀刻） 169

5.8 测试和技术规范 171

5.9 结论 176

参考文献 177

第6章 复制 180

6.1 引言 180

6.2 电铸技术 183

6.3 复制用材料 190

6.4 热压 190

6.5 模压 197

6.6 铸造和紫外（UV）复制 200

6.7 复制技术的比较 202

参考文献 204

第7章 平面集成自由空间光学 207

7.1 为什么要集成？ 207

7.2 平面光学 208

7.3 平面光学互连技术 210

7.3.1 信号分配 210

7.3.2 成像 213

7.3.3 光电芯片和被动光学元件的混合集成 217

7.4 公差 219

7.4.1 基板的缺陷 219

7.4.2 温度变化 222

7.5 平面光学的应用 224

7.6 结构 227

参考文献 227

第8章 层叠式微光学系统 229

8.1 引言 229

8.2 微光学系统的设计 232

8.3 层叠平面集成中折射微光学元件的加工技术 238

8.4 微光学系统的封装 243

8.5 应用举例 247

8.6 结论 252

参考文献 254

第9章 激光束成形 257

9.1 引言 257

9.2 激光束成形的优点 259

9.2.1 使光束形成与应用相匹配 259

9.2.2 光束成形对激光系统的改进 260

9.3 相干的外谐振腔技术 262

9.3.1 单孔径技术 262

9.3.2 多孔径技术 270

9.4 激光谐振腔内的光束成形 277

9.4.1 单孔径技术 277

9.4.2 多孔径技术 287

9.5 结论 294

参考文献 295

第10章 混合（折射/衍射）光学 299

10.1 引言 299

10.2 消色差 300

10.2.1 折射透镜的色散 300

10.2.2 消色差双透镜 302

10.2.3 衍射透镜的色散 304

10.2.4 混合消色差 306

10.3 消热透镜 311

10.3.1 光热膨胀系数 312

10.3.2 混合消热透镜 314

10.3.3 .混合消热消色差透镜 318

10.4 球差 322

10.5 混合阵列发生器 326

10.5.1 消热阵列发生器 327

10.5.2 消色差阵列发生器 329

10.6 结论 335

参考文献 336

第11章 傅里叶阵列发生器 339

11.1 引言 339

11.2 应用 343

11.3 一维阵列发生器 344

11.3.1 二元相位阵列发生器 344

11.3.2 连续相位阵列发生器 353

11.4 二维阵列发生器 360

11.4.1 设计算法 362

11.4.2 其它的抽样栅格 368

11.5 加工方面的考虑 371

11.6 结论 375

参考文献 375

第12章 高空间频率面浮雕光栅的偏振变换特性及其应用 379

12.1 引言 379

12.2 偏振参量的定义 382

12.3 零级层状面浮雕光栅的偏振特性和应用 384

12.3.1 偏振特性 384

12.3.2 层状零级光栅作为偏振元件的应用 400

12.3.3 设计零级层状光栅的近似方法 406

12.4 结论 409

参考文献 409