用于并行激光直写的连续浮雕谐衍射透镜阵列技术与理论

研究一种集写入功能与检焦功能、高分辨力与高衍射效率于一体的并行激光直写微光学阵列方法。主要研究内容：1）基于谐衍射原理和连续浮雕结构的并行激光直写微光学阵列设计方法； 2）基于费马原理的连续深浮雕衍射透镜非旁轴近似设计理论； 3）激光直写制作的连续浮雕谐衍射透镜阵列非旁轴近似衍射聚焦分析方法； 4）利用激光直写制作阵列样件，搭建阵列聚焦特性测试系统检验样件实际性能，以验证上述方法和理论的正确性；5）主要技术指标：透镜F/#小于10，衍射聚焦效率优于70%（聚焦光斑FWHM处）；写入激光和检焦激光同步同点聚焦。该项目的完成，可解决传统并行激光直写系统衍射效率和分辨力不能兼顾及系统不能实时同步调焦写入等问题；可建立起深浮雕衍射透镜非旁轴近似设计理论；可建立起激光直写制作的连续浮雕谐衍射透镜精确聚焦模型；可广泛应用于激光加工、光学传感、光通信、数据存储、激光医学以及多波段成像和聚焦系统等领域。

研究了一种集写入功能与检焦功能、高分辨力与高衍射效率于一体的并行激光直写微光学阵列方法与技术。完成的具体研究内容包括：1）提出了基于谐衍射原理和连续浮雕结构的并行激光直写微光学阵列设计方法。该方法将谐衍射原理和连续浮雕结构引入并行激光直写的微光学阵列设计，在兼顾系统分辨力和衍射效率基础上，使聚焦写入和检焦由同一个衍射透镜阵列实现，同时利用谐衍射透镜的深浮雕结构，优化环带特征尺寸，降低制作难度；2）建立了基于费马原理的连续深浮雕衍射透镜非旁轴近似设计理论模型，以实现透镜任意环带上的点到焦点的光程相等，解决了传统设计方法忽略浮雕结构深度对透镜位相调制作用影响的局限，提高了连续深浮雕衍射透镜的设计精度； 3）建立了激光直写制作的连续浮雕谐衍射透镜阵列非旁轴近似衍射聚焦分析方法。该方法以瑞利-索莫菲衍射理论为基础，精确地描述了制作的连续浮雕谐衍射透镜的衍射聚焦特性，有效克服了传统模型采用傍轴近似的不精确性，为连续浮雕谐衍射透镜阵列在并行激光直写中的应用奠定理论基础； 4）利用激光直写制作了连续浮雕谐衍射透镜阵列样件，搭建了阵列聚焦特性测试系统检验样件实际性能，以验证上述方法和理论的正确性；5）达到的技术指标为：透镜阵列F/#为4，衍射聚焦效率优于70%（聚焦光斑FWHM处）；写入激光和检焦激光可同时具有聚焦与检焦的功能；6）发表学术论文12篇，其中SCI检索4篇，EI检索11篇；授权发明专利1项，申请发明专利4项；培养博士生1名，硕士生4名。该项目的完成，解决了传统并行激光直写系统衍射效率和分辨力不能兼顾及系统不能实时同步调焦写入等问题；建立了深浮雕衍射透镜非旁轴近似设计理论；建立了激光直写制作的连续浮雕谐衍射透镜精确聚焦模型；在光通信、光学传感、光计算、数据存储、激光医学、激光加工以及多波段成像和聚焦系统等领域亦具有广泛的应用前景和重要的应用价值。