基于双层二元光学元件的光学镜头设计

发布时间：2020-08-26 15:02

【摘要】：随着光电技术的发展,光机电一体化成为趋势,要求光学系统做到集成化、阵列化、小型化,二元光学元件以其独特的性能受到青睐。由于双层二元光学元件不仅拥有单层二元光学元件重量轻、独特的色散性能等优点,而且可以在宽光谱范围内达到较高衍射效率,它代表了二元光学元件或者是衍射光学元件的一个重要发展方向。本文基于标量衍射理论,详细介绍了单层二元光学元件衍射效率、双层二元光学元件衍射效率与波长的关系。双层二元光学元件可以在宽光谱范围内达到高衍射效率,但它的加工误差和装调误差比较复杂。本文讨论了在加工双层二元光学元件时可能产生的台阶高度误差、周期误差、套刻误差对双层二元光学元件衍射效率的影响。环带面倾斜误差、中心对准误差、片层倾斜误差对双层二元光学元件衍射效率的影响很大,但国内外尚无报道,本文分别将含这三种误差的双层二元光学元件转化为透过率函数,再将其进行傅里叶变换,在系统分析误差对双层二元光学元件衍射效率影响的核心问题上进行了尝试。建立了一个综合误差分析模型,能够实现多种误差自动融合分析,为后续开展双层二元光学元件的研究提供了技术支撑。分别设计了一款含单层和双层二元光学元件的光学系统。对比分析表明:含双层二元光学元件的光学系统在宽光谱范围内的衍射效率理论上可达99%,考虑各种加工和装调误差,衍射效率可达96.8%;而单层二元光学元件的光学系统衍射效率理论上只能达到89.6%。
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院西安光学精密机械研究所)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TH74
【图文】：

基于双层二元光学元件的光学系统设计,,MS LS LS MS LS LD MS LD S MS LP （，i 为波长为i 时衍射光学元件的光焦度，从式（1-1）可以得D 为负值，所以衍射光学元件是反常色散元件。等效阿贝常数 效部分色散系数DP 的大小，仅与S 、M 和L 有关，与基底材料而折射元件的阿贝常数和部分色散系数则完全由材料性质决定，因以通过折衍混合的方式来消除色差。如图 1-1：

长为i 时衍射光学元件的光焦度，从式所以衍射光学元件是反常色散元件。等系数DP 的大小，仅与S 、M 和L 有关的阿贝常数和部分色散系数则完全由材混合的方式来消除色差。如图 1-1：图 1-1 利用二元光学元件消色差大 F 数的光学系统。如图 1-2：

二元光学元件的表面结构。图 1-3 二元光学元件的表面结构从图1-3中可以看出二元光学元件具有完全不同于传统光学元件的表面结构。衍射光学元件的相位分布为式（1-2）：21( )NiN ii r A r （1-2）其中r 表示衍射光学元件的径向环带半径，iA 是相位分布系数。除了上边介绍的三个优势外，二元光学元件可选择材料的范围比较广，比如玻璃和电解质等。可用材料范围相比传统光学材料大很多，比如：熔融石英、硅、SiO2、塑料、聚碳酸酯等。总之，二元光学元件相比传统光学元件的优势还有很

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本文编号：2805327