1 北京跟踪与通信技术研究所，北京 100094
2 中国科学院光电技术研究所，中国科学院光场调控科学技术全国重点实验室，四川 成都 610209
薄膜衍射透镜是空间轻量化成像领域的一个重要发展方向。高性能聚酰亚胺薄膜材料由于其良好的综合性能得到广泛应用，但较差的可见光透过率以及空间环境下性能不稳定性限制了其在空间薄膜光学镜基底材料领域的发展。通过溶胶-凝胶提拉法在菲涅耳衍射透镜表面制备了二氧化硅增透膜，这种复合结构设计一方面提高了聚酰亚胺薄膜的可见光透过性，另一方面通过表面二氧化硅薄膜提高了其对空间环境辐照的耐受性，本研究可为后期空间光学薄膜衍射透镜设计及制备提供参考。
材料 复合薄膜 衍射透镜 高透过率 空间环境 耐辐照 光学稳定性 激光与光电子学进展
2023, 60(13): 1316018
Author Affiliations
Abstract
1 Department of Physics and Optoelectronics Engineering, Faculty of Science, Beijing University of Technology, Beijing 100124, China
2 Beijing Engineering Research Center of Precision Measurement Technology and Instruments, Beijing 100124, China
The converging lens is one of the key components in high-resolution terahertz imaging. In this Letter, a binary diffractive lens is proposed for the scanning imaging system working at 278.6 GHz, in which a convergent beam with a waist diameter of 0.65 mm is generated, and 1 mm lateral imaging resolution is realized. This low-cost terahertz lens, constituted by concentric rings with different radii, is optimized by stimulated annealing algorithm and fabricated by three-dimensional printing. Compared with the conventional transmissive convex lens, higher resolution and enhanced imaging quality are achieved via smaller focal spot of the illumination beam. This type of lens would promote terahertz imaging closer to practical applications such as nondestructive testing and other scenarios.
terahertz imaging binary diffractive lens phase modulation three-dimensional printing Chinese Optics Letters
2023, 21(3): 030501
1 中国科学技术大学物理学院，光学与光学工程系，合肥 230026
2 黄山精工凹印制版有限公司，黄山 245900
现代显微镜中的物镜受限于瑞利衍射极限，其分辨率不能满足生物成像、材料科学以及光刻等领域的需求。目前，突破瑞利衍射极限的方法可分为近场(如扫描近场光学显微镜、超透镜、微球透镜)和远场(如受激辐射损耗显微镜、光激活定位显微镜、随机光学重建显微镜)方法。然而，前者利用纳米探针散射物体表面一个波长范围内的倏逝波，极具挑战性；而后者对样品有选择性，只适用于荧光分子样品，且会对样品造成损伤。近年来，平板透镜利用波带片、光子筛以及梯度超构表面等人工微纳结构来控制光的衍射，具有小型化、高数值孔径、大焦深、亚衍射极限聚焦等功能，为远场无标记超分辨率成像提供了一个可行的解决方案。本文从衍射聚焦光学的统一理论出发，总结平面衍射透镜的最新进展，揭示基于光场调控实现纳米聚焦的物理机制，介绍平板衍射透镜的设计原理、光学性能、微纳结构特性和材料影响，详细讨论平板衍射透镜的光学像差(如离轴像差和色差)及其校正，平板衍射透镜在纳米成像、光刻以及光电子能谱仪中的应用，最后展望其未来的发展方向和机遇。
平板衍射透镜 人工微纳结构 远场超分辨率成像 光学像差 亚衍射极限聚焦 planar diffractive lens artificial micro/nano-structure far-field superreslution imaging optical aberration subdiffraction-limit focusing
1 中国科学院光电技术研究所, 成都 610209
2 中国科学院大学, 北京 100049
针对传统接触式曝光过程中掩模版因自身重力产生形变从而引入不可忽视的线宽误差和位置误差的问题, 提出了一种大口径石英基底衍射透镜的高精度制备方法.采用背面具有真空道的高平 面度、高强度金属校正工装吸附在掩模版上, 利用掩模版上下表面的压强差使其与工装高度贴合, 确保掩模版的高平面度.待石英基底所有区域均与掩模版结构面紧密贴合后取下工装.完成接触式曝 光和显影后, 采用反应离子刻蚀技术对大口径石英基底进行刻蚀, 最终得到高精度微纳米结构.经有限元分析, 使用该校正工装后, 掩模版的形变量由28.85 μm减小为0.88 μm.实验结果表明, 采 用该方法制备的口径430 mm两台阶石英基底菲涅尔衍射透镜波像差优于1/25λ, 平均衍射效率为38.24%, 达到理论值的94.35%, 具有良好的聚焦和光学成像效果.
接触式曝光 掩模版 形变量 大口径衍射透镜 高平面度 Contact exposure Mask Deformation quantity Large aperture diffractive lens High flatness
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory of High Power Laser and Physics, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
2 Shanghai Institute of Laser Plasma, China Academy of Engineering Physics, Shanghai 201800, China
Lens-less Fourier-transform holography has been actively studied because of its simple optical structure and its single-shot recording. However, a low-contrast interferogram between the reference and object waves limits its signal to noise ratio. Here, multi-reference lens-less Fourier-transform holography with a Greek-ladder sieve array is proposed in the experiment and demonstrated effectively to improve the signal to noise ratio. The key technique in our proposed method is a Greek-ladder sieve array, which acts as not only a wave-front modulator but also a beam splitter. With advantages of the common path, single shot, and no need for a lens, this system has enormous potential in imaging and especially in extreme ultraviolet and soft X-ray holography.
digital holography diffractive lens X-ray imaging Chinese Optics Letters
2020, 18(2): 020901
1 中国人民解放军陆军工程大学电子与光学工程系, 河北 石家庄 050000
2 中国科学院重庆绿色智能技术研究院集成光电研究中心, 重庆 400714
3 跨尺度制造技术重庆市重点实验室, 重庆 400714
多子镜拼接的方法可实现大口径菲涅耳衍射透镜制作,但拼接误差会对光学系统的成像质量造成影响。通过衍射光线追迹和波前恢复的方法,正向得到了子镜沿自身x'轴倾斜、y'轴倾斜、z'轴平移等面外误差与对应波前误差Zernike系数的数据库。利用数据库基于反向传播神经网络优化算法反向建立波前误差Zernike系数与对应面外误差的非线性耦合映射模型,可实现通过输入Zernike系数完成对面外误差耦合扰动情况的快速求解,运用带有符号的数值判定面外误差的大小及方向。对该模型进行模拟数值计算,验证了该方法的精度及可靠性,为衍射拼接主镜的共面检测、装调提供理论依据。
成像系统 衍射拼接主镜 面外拼接误差 反向传播神经网络 耦合扰动
1 中国人民解放军军械工程学院电子与光学工程系, 河北 石家庄 050003
2 中国科学院重庆绿色智能技术研究院集成光电研究中心, 重庆 400714
3 中国科学院重庆绿色智能技术研究院跨尺度制造技术重庆市重点实验室, 重庆 400714
基于衍射光线追迹和波前再现的方法,建立了薄膜衍射主镜基底面形误差所引起波前误差的物理仿真模型。并以边缘褶皱面形和中心向外凸出球面面形两种典型的薄膜基底形变类型为例,分别研究了两种面形误差对衍射主镜成像质量的影响,讨论了这两种典型薄膜形变所引起的主要像差类型,分析了衍射主镜波前均方根误差、面形峰谷值与光学系统斯特列尔比(SR)的相互关系,为进一步研究薄膜衍射主镜的装配夹持和像差补偿提供了理论支撑。
成像系统 薄膜衍射主镜 面形误差 波前误差 光学学报
2017, 37(10): 1011003
1 中国科学院西安光学精密机械研究所 瞬态光学与光子技术国家重点实验室, 陕西 西安 710119
2 中国科学院大学, 北京 100049
衍射光学系统在大口径激光雷达接收器应用方面很有潜力。分析了衍射主镜引入的负色散对激光雷达成像质量的影响。讨论了插入高色散玻璃和基于Schupmann原理的两种消色差方案的优劣。基于Schupmann原理的消色差系统质量轻、像质好, 系统光透过率在60%以上。设计了1 m口径、f/8、最大视场角1 mrad的激光雷达接收光学系统。成像质量接近衍射极限。
光学设计 激光雷达 衍射透镜 消色差 optical design lidar diffractive lens achromatic 红外与激光工程
2017, 46(5): 0518001
为满足市场对高像素手机镜头的需求, 利用 ZEMAX光学设计软件, 设计了一款 800万像素的折衍混合式手机镜头。镜头采用了正 -负-正的三片式结构, 光阑位于第一片透镜和第二片透镜之间, 第二片透镜的前表面为二元衍射面。手机镜头的 F数为 2.85, 全视场 64°, 总长 5.9 mm, 在 Nyquist频率处所有视场 MTF值均大于 0.23, 相对畸变小于 1%, 成像质量良好。公差计算结果表明镜头公差符合加工工艺要求。
光学设计 手机镜头 衍射光学元件 800万像素 optical design mobile phone lens diffractive lens 8 mega-pixel
