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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