３１９５
作透镜聚焦性能相符［１１’１２］。由于深度制作误差的非的是，在透镜衍射聚焦过程，对于“＞１，衍射透镜的均匀性和不确定性，在并行激光直写等系统应用中，高级次衍射能量增强而低级次衍射减弱；对于为了提高写入质量，除了需提高制作精度外，还需对“＜１，衍射透镜的低级次衍射能量增强而高级次阵列中的每个透镜的聚焦光斑进行标定，以在写入衍射减弱，这些能量的重新分布，均会改变阵列聚焦过程预先修正每个透镜的曝光剂量。另外，需要注意
过程的背景噪声分布，在系统设计时必须加以注意。
表２制作透镜轴向光强分布的焦移和焦深值
Ｔａｂｌｅ２
ＦｏｃａｌｓｈｉｆｔａｎｄｆｏｃａｌｄｅｐｔｈｏｆｔｈｅｆａｂｒｉｃａｔｅｄＤＯＥ
ｆ…／Ｕｒｎ
ａｆ／“ｍＤＯＦ／“ｍ
５０６．９—５．１２９．４
５０４．７—７．３２８．９
４实验验证及讨论
为了证实上述模型和结论的正确性，基于（１）式设计了如下参数的连续浮雕衍射透镜阵列：设计波长Ａ。一４４１．６ｎｍ，衍射透镜半径Ｒ。一６４．０／，ｍ，焦距ｄｏ一５１２肚ｍ，相位深度因子Ｐ一３，材料为熔融石英，以＝１．４６６；同时，与俄罗斯科学院自动化和电工所合作，利用激光直写技术制作了该阵列，在制作过程采用如下参数：写入光斑半径叫。一１．４ｐ．ｍ，扫描间距ｒｓ一０．４肚ｍ。阵列中任一透镜经原子力显微镜（ＡＦＭ）扫描的测量结果如图３所示。
图３连续浮雕衍射透镜原于力显微镜扫描图
Ｆｉｇ．３
ＡＦＭｉｍａｇｅｏｆｔｈｅＤＯＥｗｉｔｈｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｒｅｌｉｅｆ
为了评价所制作透镜的轴向聚焦特性，如下实验过程被采用：ＨｅＣｄ激光器发出波长４４１．６ｎｍ激光，依次经过衰减器的光强衰减、准直扩束器的准直扩束后，垂直入射到制作透镜，在其焦面处形成聚焦光点，然后经过放大物镜的放大入射到ＣＣＤ探测器，并形成图像信号；同时，沿光轴方向调整制作透镜，实现透镜的轴向光强分布测量。为了更好的比较实验结果和理论分析结果，同时考虑透镜深度制作误差的难确定性，只考虑卷积效应的影响，运用所建立的模型分析制作透镜的轴向光强响应，并任取阵列中３个透尽管因为制作误差、测量误差等因素的影响，实验得到的焦深与理论分析得到的焦深略有差别，但实验曲线和理论仿真曲线仍吻合得非常好，从而证明所建激光直写制作的小Ｆ数连续浮雕衍射透镜轴向衍射聚焦模型和分析结论的正确性。
表３衍射透镜的焦深值
Ｔａｂｌｅ３
ＦｏｃａｌｄｅｐｔｈｏｆｔｈｅＤＯＥ
鲁
§
暑
苫
餐
量星
图４制作透镜轴向光强分布特性理论与实验曲线
Ｆｉｇ．４
Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｉｎｔｅｎｓｉｔｙｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｌｏｎｇａｘｉａｌ
ｄｉｒｅｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｒｅｓｕｌｔｓｗｉｔｈ
ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓ
５
结论
基于瑞利一索末菲衍射理论，考虑激光直写制作连续浮雕的卷积效应和深度制作误差，建立了制作的小Ｆ数连续浮雕衍射透镜轴向光强分布模型，并与制作的Ｆ数为４连续浮雕衍射透镜的测试结果作了比较。分析结果与测试结果的良好吻合性，证明了所建轴向聚焦模型的正确性，为制作的小Ｆ数连续浮雕衍射透镜的应用奠定了理论基础和实验２８
６
量莩１孤
１９
７
㈣１觋
ｏ』８
钉１独４６
８
ｍ讪执
灌８
８
ｍ
Ｌ独
激光直写制作的小F数连续浮雕衍射透镜轴向聚焦特性分析
作者：单明广， 钟志， 郭黎利， 智佩， Shan Mingguang， Zhong Zhi， Guo Lili， Zhi Pei 作者单位：单明广,Shan Mingguang(哈尔滨工程大学信息与通信工程学院，黑龙江，哈尔滨,150001；哈尔滨工业大学超精密光电仪器工程研究所，黑龙江，哈尔滨,150001)， 钟志，郭黎利，智佩
丰田皇冠2011款,Zhong Zhi,Guo Lili,Zhi Pei(哈尔滨工程大学信息与通信工程学院，黑龙江，哈尔滨
,150001)
刊名：
光学学报
英文刊名：ACTA OPTICA SINICA
年，卷(期)：2009，29(11)
被引用次数：0次
参考文献(15条)
1.赵维谦.陈珊珊.冯政德图像复原式整形环形光横向超分辨共焦显微测量新方法 2006(7)
2.贾书海.孔维军.杨佳基于衍射微透镜的光学加速度传感器设计 2007(8)
3.刘加勇.徐平.徐海东新型平面集成光学相关器设计与分析 2008(9)
4.R.Magnusson.M.T Gale Diffractive optics and micro-optics:introduction to the feature Issue
2001(32)
5.F.Yong-Qi.N.Kok Ann Bryan.O Shing Diffractive optical elements with continuous relief fabricated by focused Ion beam for monomode fiber coupling 2000(3)
6.J.B.Tan.M G Shan.J Liu Model analysis of effect of diffraction focus characteristics of microlens arrays on parallel laser direct writing quality 2007
7.J.B.Tan.M G Shan.C G Zhao Design and fabrication of diffractive microlens arrays with continuous relief for parallel laser direct writing 2008(10)
8.M.Okano.H.Kikuta.Y Hirai Optimization of diffraction grating profiles in fabrication by electron-beam lithography 2004
9.H.P.赫尔齐克.周海宪微光学元件、系统和应用 2002
10.M.Rossi.R.E Kunz.H P Herzig Refractive and diffractive properties of planar micro-optical elements 1995(26)
11.T.Hessler.M.Rossi.R E Kunz Analysis and optimization of fabrication of continuous-relief diffractive optical elements 1998(19)
12.P.Korolkov.R.K Nasyrov.R V Shimansky Zone-boundary optimization for direct laser writing of continuous-relief diffractive optical elements 2006(1)
13.U.Vokinger.R.Dandliker.P Blattner Unconventional treatment of focal shift 1998
14.冯迪.严瑛白.金国藩衍射微柱透镜轴向光强分布特性的严格电磁分析 2004(9)
15.李俊昌激光的衍射及热作用计算 2003
本文链接：d.g.wanfangdata/Periodical_gxxb200911046.aspx
授权使用：吕先竟(wfxhdx)，授权号：92be890f-44b4-4fd7-8bd7-9e8e00f215b1
下载时间：2011年2月18日
发布评论