二元亚波长衍射微透镜的设计(2)
3.3等效折射率的仿真分析9
3.4一文亚波长结构的周期阈值9
4设计程序及BORFDTD分析.11
4.1设计程序.11
4.2BORFDTD分析15
4.2.1吸收边界条件.15
4.2.2场的传播15
4.2.3计算结果15
结论.18
致谢.19
参考文献20
1 引言 传统光学系统，是基于折射、反射原理的传统光学系统，大都采用折射透镜、反射镜和棱镜等常规光学器件。必须采取一系列校正像差的补偿措施，来有效地消除色差、球差、彗差、场曲、像散、畸变等像差，并进一步扩大视场和提高成像质量。如今光学技术，特别是以光通信为代表的光电子技术迅速发展，当前仪器系统走向光、机、电集成化和微型化的趋势，传统的光学系统已不能跟上突飞猛进的微电子技术和微机械技术的发展。因此，光学系统的微小型化、集成化、高效率和低成本必然是未来的发展方向之一。 1.1 二元光学及其内涵 二元光学又称衍射光学（Diffractive Optics），是基于光波衍射理论发展起来的一个新兴光学分支，是光学与微电子技术相互渗透、交叉而形成的前沿学科[1,2]。二元光学的基本内涵：基于光波的衍射理论，利用计算机辅助设计技术，并用各种微细加工工艺，在片基或传统光学器件表面刻蚀产生两个或多个台阶甚至连续形状的浮雕结构，形成纯相位、具有极高衍射效率的一类衍射光学元件[3,4]。 1.2 衍射微光学器件设计理论的研究进展 设计衍射微光学器件，如同设计实现光学变换系统中的相位恢复：给定光学系统中入射光场分布以及预期的输出平面上的光场分布，设计算法得到调制元件的相位分布，使其正确调制入射光场，高精度地得到预期输出图样，实现所需功能。 1.2.1 基于标量衍射理论的设计方法 标量衍射理论精确适用于分析特征尺寸远大于光波波长，且输出平面距离衍射元件足够远的衍射微光学器件的衍射场。假定各分量相互独立， 只考虑电磁场一个横向分量的复振幅，其他分量可用类似方式独立地进行处理。此时，衍射微光学器件的设计可看作是一个优化设计问题。给定入射光场和所期望的输出光场等，构造目标函数，利用优化算法，求解衍射微光学器件的相位结构。 GS 算法：给定初始相位和入射光场分布，通过正向衍射变换，得到输出平面光场分布；在输出平面引入限制条件，即以期望的光场振幅分布取代原光场振幅分布，同时保持相位不变；然后做逆向衍射变换；再做正向衍射变换……如此循环下去，直到得到满意结果或达到足够多的循环次数为止[5,6]。 杨一顾算法：非幺正变换系统中振幅和相位恢复问题的一般描述方法，是一种更为普遍的局部搜索优化算法，并已成功地应用于衍射微光学中各种相位元件的设计[7-10]。