1
第七节 二元光学元件
(Binary Optical Element,BOEs )
一、概念基于光波的衍射理论，运用计算机辅助设计，
并运用超大规模集成电路制作工艺，在片基上刻蚀产生两个或多个台阶深度的浮雕结构，形成纯相位、
同轴再现、具有极高衍射效率的一类衍射 光学元件 。
随之形成的一门新的学科分支，称 二元光学 。
2
二元光学 ( Binary Optics )是衍射光学、微光学的主要分支学科，是光学与微电子、微计算机相互融合、渗透而形成的前沿交叉学科。是研究微米、亚微米级特征尺寸光学元件的设计、微细加工技术及利用该元件以实现光束的发射、聚焦、传输、成象、
分光、图象处理、光计算等一系列功能的理论和技术。
3
二、二元光学元件的结构
d
γ
x
xd
γ Δh
闪耀光栅光栅周期 d，闪耀角 γ
多阶相位轮廓光栅光栅常数 d/N，阶梯深度 Δh
nN
N
dh 2,s in
相位轮廓化
4
折射透镜到二元菲涅尔透镜的演变过程
5
三、二元光栅夫朗和费衍射强度分布及特点
N
dd
N
dhN n ',s in,2?
d
Δh
A BO
d'
由图得以下关系：
台阶数为 N，光栅常数为 d'
经计算得二元相位闪耀光栅的闪耀条件和衍射效率：
sin2d
2
0 /1s in
s in/s in?
Nm
m
m
Nm
I
I
6
讨论 2
0 /1s in
s in/s in?
Nm
m
m
Nm
I
I
1、衍射效率与台阶的数目 N和衍射级次 m有关；
2、台阶的数目 N越大，＋ 1级的衍射效率越高。当 N
趋于无穷时，能量将全部集中到 ＋ 1级上。此时
2
0 /
/s in
N
N
I
I
7
四、二元光学元件的制作方法掩膜光刻胶基片光刻 光刻 光刻显影 显影 显影光学光刻制作 8台阶衍射微光学元件的原理刻蚀 刻蚀刻蚀下一节
第七节 二元光学元件
(Binary Optical Element,BOEs )
一、概念基于光波的衍射理论，运用计算机辅助设计，
并运用超大规模集成电路制作工艺，在片基上刻蚀产生两个或多个台阶深度的浮雕结构，形成纯相位、
同轴再现、具有极高衍射效率的一类衍射 光学元件 。
随之形成的一门新的学科分支，称 二元光学 。
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二元光学 ( Binary Optics )是衍射光学、微光学的主要分支学科，是光学与微电子、微计算机相互融合、渗透而形成的前沿交叉学科。是研究微米、亚微米级特征尺寸光学元件的设计、微细加工技术及利用该元件以实现光束的发射、聚焦、传输、成象、
分光、图象处理、光计算等一系列功能的理论和技术。
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二、二元光学元件的结构
d
γ
x
xd
γ Δh
闪耀光栅光栅周期 d，闪耀角 γ
多阶相位轮廓光栅光栅常数 d/N，阶梯深度 Δh
nN
N
dh 2,s in
相位轮廓化
4
折射透镜到二元菲涅尔透镜的演变过程
5
三、二元光栅夫朗和费衍射强度分布及特点
N
dd
N
dhN n ',s in,2?
d
Δh
A BO
d'
由图得以下关系：
台阶数为 N，光栅常数为 d'
经计算得二元相位闪耀光栅的闪耀条件和衍射效率：
sin2d
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s in/s in?
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讨论 2
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1、衍射效率与台阶的数目 N和衍射级次 m有关；
2、台阶的数目 N越大，＋ 1级的衍射效率越高。当 N
趋于无穷时，能量将全部集中到 ＋ 1级上。此时
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四、二元光学元件的制作方法掩膜光刻胶基片光刻 光刻 光刻显影 显影 显影光学光刻制作 8台阶衍射微光学元件的原理刻蚀 刻蚀刻蚀下一节
