衍射微透镜的设计思想衍射微透镜的设计过程可以看做一个光学输入输出系统的相位恢复问题：由入射光波场和预期的出射光波场来求衍射层的相位分布。不同于传统透镜只根据几何光学一种理论设计，透镜结构中的最小尺寸叫做衍射透镜的特征尺寸，当该尺寸远大于光波波长时，采用标量衍射理论进行设计，当其等于或小于波长量级时，标量衍射理论就不能再使用，需要引入矢量衍射理论。常见的基于标量衍射理论的函数关系有衍射效率和相位阶数的关系，简言之，用预置的入射光波场和预期的出射光波场求衍射屏的透过函数，建立在这一思想上的算法有：模拟退火算法（SA），遗传算法（GA），GS算法（Gerchberg和Saxton创立），直接二元搜索法（DBS，别名爬山法）等等。而后一设计方法是基于对 Maxwell方程的精细化求解，常见的矢量衍射法有：耦合波法，积分法，模态法和微分法等。81419

衍射微光学器件在尺度上具有超出传统光学元件的优势，近年来的衍射透镜在设计方法上也有所改进，设计的尺寸也从微米量级进入到亚波长量级，由线性填充因子线性近似法发展到脉冲宽度调制法，由FDTD发展成为旋转体时域有限差分法等等。

2 衍射微透镜加工进展

    衍射透镜的结构主要有三种：连续浮雕结构，多台阶结构，单台阶结构，他们统称二元光学器件。其中单台阶，多台阶结构可以等效前者。衍射微透镜等元件的设计性能上不断的提升，也给加工制造提出了更高的要求。从最初的用掩膜来套刻的方法加工而成的二阶、四阶乃至更高阶等多台阶纯位相器件到其后灰度掩膜法包括不依靠掩膜制作的连续位相器件。在亚波长尺度上，单台阶结构加工不需要多次使用掩膜，最为简单可靠，此后又发展出灰度掩膜法，也使得多台阶，连续浮雕结构可以一次性完成。随着对准精度的提高和刻蚀深度实时测量反馈的实现，衍射光学器件的加工精度也逐步提高。如模压法、铸造法和注入模压法等复制工艺也在不断地改进与完善[3]。上世纪90年代中期，德国Fraunhofer Institute of Microelectronic Circuits and System研究所提出了一种基于空间光调制器的新型激光直写系统，相比于传统套刻法，激光直写法以更低的成本，更高的效率取得许多发达国家的青睐[4]。论文网

3衍射微透镜的应用

单个衍射微透镜用于小型成像、传感系统，特别是在傅里叶透镜，激光扫描等系统中，可以起到消单色像差的效果[5]。此外，微透镜的阵列化使得信息采集和处理更加方便。在成像方面，微透镜阵列与CCD集合而成的系统提高了图像信息的采集效果[6]。

微透镜还可以与球面，非球面透镜结合组成折衍射混合光学系统，衍射光学元件有不同于后者的性能:(1)普通光学元件色散一般和波长成反比，而衍射光学元件的等效色散随波长增加而增大，刚好和折射元件相反，因此可以取代消色差负透镜，使得正透镜曲率变小，减少球差；（2）衍射微透镜的匹兹伐场曲为零，故折衍射系统的场曲必然下降；（3）衍射光学元件以矫正畸变；（4）减少元件数量，减轻系统重量，降低产品的成本[7]。

图1。1 折衍射消色差镜片            图1。2 折衍射混合系统光路

如图即为折衍射混合式镜片（图1）和阵列相机的光路图（图2），后者有较高的象质，并且所有的镜片都是用塑料注塑成型加工而成，便于大批量生产[8]。

总之，衍射透镜的引入，增添了传统光学镜头设计的自由度，有利于提升像质，减少重量，缩小体积，降低成本，便于大批量生产，在工业生产，生物影像，军事国防乃至于空间技术方面都有着无可估量的广阔前景。