基于二元光学的光波分束器

二元光学述略X赵书安(南京师范大学,江苏南京210097)摘要:本文介绍了二元光学的基本概念与原理,说明了二元光学元件的设计和制作过程,并总结了近十年来二元光学的进展情况。

关键词:二元光学元件;衍射效率;光刻中图分类号:O431文献标识码:A文章编号:1672-755X(2004)03-0022-04Brief Introduction to Binary OpticsZHAO Shu-an(Nanjing Normal U niversity,N ajing210097,China)Abstract:The basic concept and principle of binary optics are briefly review d in this paper,as well as the illustration of the design and manufacture processing of binary optical elem ents.The develop-ment of this subject in the recent10years is also summarized.Key words:binary optical element;diffraction efficiency;photolithography1二元光学概念二元光学的概念源于20世纪80年代中期,率先由美国M IT林肯实验室威尔得坎普(W B Veld-kam p)领导的研究小组在设计新型传感器系统时提出的,/现在光学有一个分支,它几乎完全不同于传统的制作方式,这就是衍射光学,其光学元件表面带有浮雕结构;由于使用了本来是制作集成电路的产生方法,所用的掩模是二元的且掩模用二元编码形式进行分层,故引出了二元光学概念0[1,2]。

至今二元光学概念还没有统一的定义,一般认为二元光学是指基于光的衍射理论,利用计算机辅助设计并用大规模集成电路制作工艺在片基(或传统光学器件表面)上刻蚀产生两个或多个台阶深度的浮雕结构,形成多位相、同轴再现且具有极高衍射效率的一类衍射光学元件的光学理论与技术。

二元衍射光学元件
二元衍射光学元件是一种基于光的干涉和衍射现象的光学元件，由两个或更多具有不同折射率或透振幅的层状结构组成。

它们可以通过使用二元掩膜制造，其中掩膜由二进制编码的形式进行分层，这使得元件的制造更加简单和高效。

二元衍射光学元件具有体积小、重量轻、易复制、造价低、衍射效率高、设计自由度多、材料可选性宽、色散性能独特等特点。

同时，它们能实现传统光学器件难以完成的整列化、集成化及任意波面变换的功能，这使得它们在以光学元件为基础的信息捕获、抽取、测量及控制等过程中具有极大的应用潜力。

在学术研究方面，二元光学的发展并不止于对现有光学器件的小型化和集成化。

实际上，其概念的提出为解决一些传统光学无法解决的问题提供了新的思路和方法。

例如，二元光学元件的特殊性质使得它在一些对精度和稳定性有极高要求的应用场景中具有显著的优势。

然而，尽管二元光学元件具有许多优点，但它们也有一些局限性。

例如，二元光学元件的设计和制造需要精确控制光的干涉和衍射过程，这需要高度的专业知识和先进的制造技术。

此外，虽然二元光学元件可以实现高精度的波前控制，但在一些需要高精度测量和控制的场合，还需要进一步改进和优化。

总的来说，二元衍射光学元件是一种具有很大潜力的光学元件，它在许多领域都有广泛的应用前景。

随着科学技术的不断发展和进步，我们有理由相信，二元光学将会在更多的领域得到应用和发展。

光学专业词汇大全retina视网膜Color Blind色盲weak color色弱Myopia-near-sighted近视Sensitivity to Light感光灵敏度boost推进lag behind落后于Hyperopic-far-sighted远视Dynamic Range动态范围critical fusionfrequency临界融合频率CFF临界闪变频率visual sensation视觉hromaticity Diagram色度图olor Temperature色温SV Model色彩模型hue色度aturation饱和度value纯度IE Model 相干红外能量模式omplementary Colors补色ar Pattern条状图形eat body 热稠化pproximate近似iolet紫罗兰ody Curve人体曲线olor Gamut色阶djacent邻近的ormal illumination法线照明rimary colors红黄蓝三原色olor saturation色饱和度olor Triangle颜色三角olor Notation颜色数标法Color Difference色差V Signal Processing电视信号处理amma Correction图像灰度校正onversion T ables换算表ut of balance失衡obble摇晃ack and forth前后lear(white)panel白光板ibrant震动uzzy失真uantum leap量子越迁VGA(800)600 derive from起源自ulprit犯人ender呈递nhibit抑制,约束tride大幅前进lemish污点bstruction障碍物cratch刮伤ubstance物质实质主旨esidue杂质riteria标准arameter参数djacent邻近的接近的synchrony异步luster串群utually互助得lgorithm运算法则hromatic Aberrations色差ovea小凹isual Acuity视觉灵敏度ontrast Sensitivity对比灵敏度emporal(time)Response反应时间endition表演,翻译nimation活泼又生气host重影arallax视差eficient缺乏的不足的isplay panel显示板G. Narrow Gauge)窄轨距ichroic mirror二色性的双色性的rewster Angle布鲁斯特角olarized Light极化光nternal reflection内反射irefringence 双折射xtinction Ratio 消光系数isalignment 未对准uarter Waveplates四分之一波片lemish污点瑕疵eometric几何学的ipple波纹apacitor电容器arallel平行的他antalum钽金属元素exsiccate使干燥xsiccate油管,软膏urnace炉子炉lectrolytic电解的,由电解产生的odule模数nalog类似物ut of the way不恰当incushion针垫拉ateral侧面得ectangle长方形ixture固定设备ontrol kit工具箱VI connector DVI数局线ertical垂直的horizontal 水平的nterlace隔行扫描ullion竖框直楞awtooth锯齿oggle套索钉eypad数字按键键盘angential切线iagnostic tool诊断工具agittal direction径向的ursor position光标位置ray aberration光线相差eighting factor权种因子ariables变量or now暂时,目前.眼下heck box复选框iry disk艾里斑xit pupil出[射光]瞳ptical path difference光称差ith respect to关于iffraction limited衍射极限avefront aberration波阵面相差pherical aberration球面象差araxial focus傍轴焦点hromatic aberration象差ocal coordinate system局部坐标系统oordinate system坐标系rthogonal直角得,正交的onic sections圆锥截面ccount for解决,得分arabolic reflector拋物面反射镜adius of curvature曲率半径pherical mirror球面镜eometrical aberration几何相差ncident radiation入射辐射lobal coordinate总体坐标n terms of根据按照eflected beam反射束YI= or your information供参考onstructive interference相长干涉hase difference相差chromatic singlet消色差透镜nterferometer干涉仪oundary constraint边界约束,池壁效应adii半径oom lenses变焦透镜eam splitters分束器iscrete不连续的,分离的bjective/ye lens物镜/目镜ainframe主机udimentary根本的,未发展的hotographic照相得摄影得axing繁重的,费力得lgebra代数学rigonometry三角学eometry几何学alculus微积分学hilosophy哲学agrange invariant拉格朗日不变量pherical球的ield information场信息tandard Lens标准透镜efracting Surface折射面stigmatism散光DTV高清晰度电视LV( Digital Light Valve)数码光路真空管，简称数字光阀iffraction grating衍射光珊ield angle张角araxial ray trace equations近轴光线轨迹方称ack focal length后焦距rincipal plane主平面ertex顶点,最高点stigmatism散光,因偏差而造成的曲解或错判edial中间的,平均的ariance不一致onic圆锥的,二次曲线ield of view视野ollimator瞄准仪onvolution回旋.盘旋,卷积uzzy失真,模糊berrated异常的symmetry不对称得ndicative可表示得arabolic拋物线得uffice足够,使满足pecification规格,说明书traightforward易懂的,直接了当的,olidify凝固,巩固.Constraints 约束,限制etrology度量衡ield coverage视场,视野ictate口述, 口授, 使听写, 指令, 指示, 命令, 规定rradiance发光, 光辉,辐照度erial空气得,空中得alide卤化物的onochromatic单色的,单频的olychromatic多色的spherical非球面的pherical球面的lignment列队,结盟ower(透镜放大率quiconvergence 同等收敛FL(effective focal length)有效焦距orkhorse广为应用的设备iconvex两面凸的lobal optimization整体最优化oncave凹得,凹面得ylindrical圆柱得olid model实体模型odulation Transfer Function调制传递函数n the heat of在最激烈的时候rotocol协议,规定riplet三重态anity心智健全inc锌,涂锌的elenide 硒化物,硒醚iscellaneous各色各样混在一起, 混杂的, 多才多艺的ersus与...相对olynomial多项式的oefficient系数xplicit function显函数distinct清楚的,截然不同的manate散发, 发出, 发源udimentary根本的,未发展的ntersection角差点RTE= araxial ray trace equation旁轴光线轨迹方程achromats 消色差透镜ardinal points基本方位eparations分色片ashed虚线low up放大verlay覆盖,覆盖图multiplayer 多层的umidity 湿度loat glass浮法玻璃quare one 出发点,端点quare up to 准备开打,坚决地面对eflecting telescope 反射式望远镜diagnostic tools诊断工具ayout plots规划图odulation transfer function调制转换功能FT快速傅里叶变换oint spread function点传播功能avelength波长ngle角度bsorption吸收ystem aperture系统孔径ens units透镜单位avelength range波长范围inglet lens单业透镜pectrum光谱iffraction grating衍射光栅sphere半球的DE= ens data editor Surface radius of curvature表面曲率半径urface thickness表面厚度aterial type材料种类emi-diameter半径ocal length焦距perture type孔径类型perture value孔径值ield of view视场icrons微米, d, and C=blue hydrogen,yellow helium,red hydrogen lines,primary wavelength主波长equential mode连续模式bject surface物表面he front surface of the lens透镜的前表面top光阑he back surface of the lens透镜的后表面he image surface像表面ymmetric相对称的iconvex两面凸的he curvature is positive if the center of curvature of the surface is to the right of the vertex.It is negative if the center of curvature is to the left of the vertex.如果曲率中心在最高点的右边,曲率值为正,如果曲率中心在最高点的左边,则曲率为负mage plane像平面ay Aberration光线相差angential direction切线方向agittal direction径向araxial focus旁轴的arginal边缘的pherical aberration球面像差ptimization Setup最优化调整ariable变量athematical sense数学角度FE= Merit Function Editor,Adding constraints增加约束ocal length焦矩长度perand操作数he effective focal length有效焦矩rimary wavelength主波长nitiate开始pot diagram位图表iry disk艾里斑xial chromatic aberration轴向色差ith respect to关于至于xit pupil出射光瞳PD= ptical path difference光学路径差iffraction limited衍射极限hromatic aberration色差hromatic focal shift色焦距变换araxial focus傍轴焦点xial spherical aberration轴向球差longitudinal spherical aberration 纵向球差:沿光轴方向度量的球差lateral spherical aberration垂轴球差在过近轴光线像点的垂轴平面内度量的球差coma、omatic aberration彗差eridional coma子午彗差agittal coma弧矢彗差stigmatism像散ocal coordinate system本地坐标系统eridional curvature of field子午场曲agittal curvature of field弧矢场曲ecentered lens偏轴透镜orthogonal直角的垂直的onic section圆锥截面ccount for说明,占有,得分tigmatic optical system无散光的光学系统ewtonian telescope牛顿望远镜arabolic reflector抛物面镜oci焦距hromatic aberration,色差uperpose重迭arabola抛物线pherical mirror球面镜MS=oot Mean Square均方根avefront波阵面pot size光点直径aussian quadrature高斯积分ectangular array矩阵列rid size磨粒度PSF= point Spread Function点扩散函数FT= fast Fourier Transform Algorithm快速傅里叶变换ross Section横截面bscurations昏暗ocal coordinates局部坐标系统ignette把…印为虚光照rrow key键盘上的箭头键efractive折射eflective反射n phase同相的协调的ray tracing光线追迹iffraction principles衍射原理rder effect式样提出的顺序效果nergy distribution能量分配onstructive interference相长干涉ispersive色散的inary optics二元光学hase advance相位提前chromatic single消色差单透镜iffractive parameter衍射参数oom lenses变焦透镜thermalized lenses绝热透镜nterferometers干涉计eam splitter分束器witchable component systems可开关组件系统ommon application通用ymmetry对称oundary constraint边界约束ulti-configuration(MC)MC Editor(MCE)perturbation动乱,动摇ndex accuracy折射率准确性ndex homogeneity折射率同种性ndex distribution折射率分配bbe number离差数esidual剩余的stablishing tolerances建立容差igure of merit质量因子olerance criteria公差标准odulation Transfer Function(MTF)调制传递函数oresight视轴，瞄准线Monte Carlo蒙特卡洛olerance operands误差操作数onic constant圆锥常数stigmatic aberration像散误差echanical tilt机械倾斜，机械倾角olerance Data Editor(TDE)公差资料编辑器ompensator补偿棱镜stimated system performance预估了的系统性能teratively反复的，重迭的tatistical dependence统计相关性equential ray trace model连续光线追迹模型mbed埋葬，埋入ultiple多样的，多重的，若干的on-Sequential Components不连续的组件orner cube角隅棱镜，三面直角透镜ensitivity Analysis灵敏度分析aceted reflector有小面的反射镜mit发射，发出est嵌套verlap交迭uter lens外透镜rute force强力eidel像差系数spect ratio长宽比RA边缘光线角RH边缘光线高度synchronous不同时的,异步Apodization factor变迹因子exapolar六角形ithered高频脉冲衍射调制传递函数（MTF），衍射实部传递函数（RTF），衍射虚部传递函数（ITF），衍射相位传递函数（PTF），方波传递函数（SWM）ogarithmic对数的arity奇偶longitudinal aberrations 纵向像差赛得系数:球差（PHA，I），彗差（OMA，2），像散（STI，3），场曲（CUR，4），畸变（IST，5），轴向色差（LA，L）和横向色差（TR，T）.横向像差系数:横向球差（SPH），横向弧矢彗差（SCO），横向子午彗差（TCO），横向弧矢场曲（SFC），横向子午场曲（TFC），横向畸变（DIS）横向轴上色差（LAC）。

二元光学元件的原理与应用【摘要】二元光学元件是光学器件中的重要组成部分，其原理和应用都具有重要意义。

在原理方面，二元光学元件通过将不同折射率的材料叠加在一起，实现光的特定传播方向和相位调控的功能。

而在应用方面，二元光学元件被广泛应用于激光器件、传感器、光通信等领域，发挥着重要作用。

二元光学元件的重要性体现在其在光学器件中的关键地位，其发展前景也十分广阔，随着光学技术的不断进步，二元光学元件将有更多的应用场景和发展机会。

通过深入了解和研究二元光学元件的原理与应用，我们可以更好地掌握光学器件的设计和制造技术，推动光学技术的发展和应用。

【关键词】引言：二元光学元件的原理与应用正文：二元光学元件的原理、二元光学元件的应用结论：二元光学元件的重要性、二元光学元件的发展前景关键词：二元光学元件、原理、应用、重要性、发展前景1. 引言1.1 二元光学元件的原理与应用二元光学元件是指由两种不同材料组成的光学元件，通常是由两种折射率不同的材料构成。

这种元件的原理是利用两种不同材料的折射率差异来实现对光的调控和操作。

其中一个材料通常被称为光导芯，用于传输光信号，另一个材料被称为光包层，用于保护和导向光信号。

二元光学元件可以实现对光信号的分光、耦合、调制等功能，广泛应用于光通信、传感、显示、激光器等领域。

在实际应用中，二元光学元件可以根据具体需求设计不同的结构和参数，以满足不同的光学系统要求。

在光通信系统中，二元光学元件可以用于光纤耦合器、光波导、光调制器等部件；在激光器中，二元光学元件可以用于模式整形、光束整形等；在传感系统中，二元光学元件可以用于光学干涉仪、光栅等。

二元光学元件作为光学器件中的重要组成部分，具有广泛的应用前景和重要性。

随着光通信、光电子技术的发展和进步，二元光学元件将会得到更广泛的应用和研究。

的研究将会促进光学技术的发展，并推动光学器件的创新和进步。

2. 正文2.1 二元光学元件的原理二元光学元件的原理主要涉及到光的干涉现象和偏振特性。

光束分束器的一种设计方法
唐宏
【期刊名称】《重庆邮电学院学报：自然科学版》
【年(卷),期】1999(011)004
【摘要】论述了用一种改进的二元光学元件的设计方法设计光束分束器，该方法利用追迹法获得初位相，用Ｇ－Ｓ算法进行迭代运算，在运算过程中根据情况分别采用不同的振幅限制方法，从而使该算法具有收敛速度快，衍射效率高的优点，并且在对光束进行光束的同时，如果输入光束为非平面波，还可同时对其进行整形。

【总页数】4页(P40-42,49)
【作者】唐宏
【作者单位】重庆邮电学院电信工程系
【正文语种】中文
【中图分类】O438
【相关文献】
1.用二元光学方法设计光束分束器 [J], 董会宁
2.基于矢量理论分束器设计方法及其机理的探讨 [J], 黄海漩;徐平;阮双琛;杨拓;袁霞;黄燕燕
3.多位相光束分束器二元光学元件的优化设计 [J], 龙品;邬敏贤
4.一种产生多光束阵列的新型分束器 [J], 纪宪明;杨茂田
5.分束器上光束相位差的锁定 [J], 翟泽辉;王海波;马艳;崔芙云;郜江瑞
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分束器原理是关于光学中如何将光束分开的一种技术原理。

这种技术原理不仅应用在科学实验中，还被广泛应用在生产和制造过程中，如化学分析和制药，甚至在通讯和计算机领域也有着广泛的应用。

首先，分束器原理是基于光的干涉原理。

当一束单色光从分束器的两个不同的端口进入时，它们会以干涉的方式相遇，形成干涉图案。

这种干涉图案可观察到相位差有规律的明暗条纹，随着入射光的强度和波长变化，干涉图案也会有所变化。

其次，分束器原理也是基于光的全反射原理。

当光束在一个介质的边界面上发生全反射时，它们会以一定的角度反射回来。

这种反射称为全反射。

通过适当调节反射角度，我们可以通过分束器将光束反射到我们想要的区域。

这也是一种可行的分束器技术。

第三，分束器原理也可以基于光的色散原理。

光的色散是一种将白光分解为不同颜色的现象。

这种分解是由于光在介质中传播时，各个波长的光速不同而引起的。

通过利用光的色散原理，我们可以将光分解成不同颜色的组分，从而实现光的分束。

此外，分束器原理的实现也可以通过光的衍射原理。

在这种技术中，光源会通过一个小孔或结构，使光在末端分解成复杂的衍射图案。

在衍射图案中，我们可以观察到不同的干涉条纹，从而实现分离光束的目的。

总之，分束器原理是基于光的不同特性，从而实现光的分离和分解的一种技术原理。

这种技术原理在现代化工和科学实验中具有广泛的应用，展示了光学作为一种科学技术的重要性。

光分束器的作用
《光分束器的神奇作用》
嘿，你们知道光分束器不？这玩意儿可有意思啦！
就说有一次啊，我去参观一个科技馆。

在那里我看到了一个展示光分束器的小装置。

工作人员把一束光打进去，哇塞，就眼睁睁看着那束光一下子就被分成了好几束，就像变魔术一样！当时我就惊呆了，这也太神奇了吧！
我站在那里，眼睛一眨不眨地盯着看，心里想着，这光分束器就像是一个神奇的魔法道具啊。

它能把一束光分成好几份，而且每一份都有着自己的方向和特点。

就好像是一个团队的老大，把一个任务分给不同的人去完成，各自发挥作用。

你看啊，在通信领域，它可以让光信号分成好几路，然后传输到不同的地方，就像是给信息找了好多条路走，这样就能更高效、更快速地传递信息啦。

在一些光学实验里呢，它又能帮助科学家们更好地研究光的特性，就像是给科学家们配备了一个超级厉害的工具。

哎呀，总之呢，光分束器这东西真的太重要啦，虽然它平时不太起眼，但是没有它还真不行呢！我那次在科技馆的经历，让我对光分束器有了更深的认识和了解，也让我真切地感受到了科技的魅力呀！现在每次想到光分束器，我都会想起那次在科技馆里的奇妙体验呢。