第２９卷第１１期２００９年１１月光学学报ＡＣＴＡ０ＰＴＩＣＡＳＩＮＩＣＡＶ０１．２９，Ｎｏ．１１Ｎｏｖｅｍｂｅｒ，２００９文章编号：０２５３—２２３９（２００９）１１－３１９２—０５激光直写制作的小Ｆ数连续浮雕衍射透镜轴向聚焦特性分析单明广１’２钟志１郭黎利１智佩１／１哈尔滨工程大学信息与通信工程学院，黑龙江哈尔滨１５０００１、＼２哈尔滨工业大学超精密光电仪器工程研究所，黑龙江哈尔滨１５０００１，摘要为确定卷积效应以及深度制作误差对小Ｆ数连续浮雕衍射透镜（ＤＯＥ）轴向聚焦特性影响，基于瑞利一索末菲衍射理论建立了激光直写制作的连续浮雕衍射透镜非旁轴近似轴向光强分布模型。该模型考虑了连续浮雕衍射透镜的轴向衍射聚焦特性与透镜结构参数、写入光斑尺寸和扫描间距以及深度制作误差的关系，克服了傍轴近似条件下传统模型的不精确性。为验证模型的正确性，用激光直写制作了设计波长为４４１．６ｎｍ，Ｆ数为４以及相位匹配因子为３的连续浮雕衍射透镜，并测试了波长４４１．６ｎｍ激光入射时透镜的轴向聚焦特性。实验与分析表明，该模型分析结果与实验测试结果符合，从而证实模型的有效性，为激光直写制作的小Ｆ数连续浮雕衍射透镜的应用提供了理论依据。关键词小Ｆ数连续浮雕衍射透镜；轴向聚焦；瑞利一索末菲衍射理论；激光直写中图分类号０４３６．１文献标识码Ａｄｏｉ：１０．３７８８／ＡＯＳ２００９２９１１．３１９２ＡｘｉａｌＦｏｃｕｓｉｎｇＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＬｏｗＦ－ＮｕｍｂｅｒＤｉｆｆｒａｃｔｉｖｅＯｐｔｉｃａｌＥｌｅｍｅｎｔｓｗｉｔｈＣｏｎｔｉｎｕｏｕｓＲｅｌｉｅｆＦａｂｒｉｃａｔｅｄｂｙＬａｓｅｒＤｉｒｅｃｔＷｒｉｔｉｎｇＳｈａｎＭｉｎｇｇｕａｎ９１・２ＺｈｏｎｇＺｈｉｌＧｕｏＬｉｌｉｌＺｈｉＰｅｉｌ１ＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏｌｌｅｇｅ，ＨａｒｂｉｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｒｂｉｎ，Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ１５０００１，Ｃｈｉｎａ２Ｕｌｔｒａ—ＰｒｅｃｉｓｉｏｎＯｐｔｉｃａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｅｎｔｅｒ，ＨａｒｂｉｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｒｂｉｎ，Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ１５０００１，ＣｈｉｎａＡｂｓｔｒａｃｔＩｎｏｒｄｅｒｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔａｎｄｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎｅｒｒｏｒｓｏｎｔｈｅａｘｉａｌｆｏｃｕｓｉｎｇｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆ１０ＷＦ—ｎｕｍｂｅｒｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅｏｐｔｉｃａｌｅｌｅｍｅｎｔｓ（ＤＯＥ）ｗｉｔｈｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｒｅｌｉｅｆｆａｂｒｉｃａｔｅｄｂｙ１ａｓｅｒｄｉｒｅｃｔｗｒｉｔｉｎｇ，ａｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｕｓｉｎｇＲａｙｌｅｉｇｈ—Ｓｏｍｍｅｒｆｅｌｄｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎｔｈｅｏｒｙｔｏｄｅｓｃｒｉｂｅｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ｔｈｅｄｉａｍｅｔｅｒｏｆｔｈｅｗｒｉｔｉｎｇｓｐｏｔ，ｔｈｅｉｎｔｅｒｓｃａｎｄｉｓｔａｎｃｅａｎｄｔｈｅｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎｅｒｒｏｒｓｏｎｔｈｅｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎｆｏｃｕｓｉｎｇｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｌＯＷＦ—ｎｕｍｂｅｒＤＯＥｗｉｔｈｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｒｅｌｉｅｆ，ａｎｄｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ—ｒｅｌｉｅｆＤＯＥｗｉｔｈａｄｅｓｉｇｎｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｏｆ４４１．６ｎｍ，ａＦ—ｎｕｍｂｅｒｏｆ４ａｎｄａｐｈａｓｅｄｅｐｔｈｆａｃｔｏｒｏｆ３ａｒｅｆａｂｒｉｃａｔｅｄａｎｄｍｅａｓｕｒｅｄ．Ｔｈｅｇｏｏｄａｇｒｅｅｍｅｎｔｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｖｅｒｉｆｉｅｓｔｈｅｖａｌｉｄｉｔｙｏｆｔｈｅｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎｍｏｄｅｌｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．ＫｅｙｗｏｒｄｓｌｏｗＦ—ｎｕｍｂｅｒｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅｏｐｔｉｃａｌｅｌｅｍｅｎｔｓｗｉｔｈｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｒｅｌｉｅｆ；ａｘｉａｌｆｏｃｕｓｉｎｇ；Ｒａｙｌｅｉｇｈ—Ｓｏｍｍｅｒｆｅｌｄｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎｔｈｅｏｒｙ：ｌａｓｅｒｄｉｒｅｃｔｗｒｉｔｉｎｇ１引言由于具有像差小、设计自由度大、材料选择性强以及易获得大的数值孔径等突出优点，衍射透镜被广泛的应用于共焦、加速度传感器、相关器、光纤耦合及并行激光直写等领域，尤其是连续浮雕衍射透镜因其理论上可获得１００％的衍射效率而备受关收稿日期：２００８—１１—０３：收到修改稿日期：２００９—０３—０９基金项目：国家自然科学基金（６０８７８０２８，６０９０８０２６）、黑龙江省博士后资助经费（ＬＢＨ—Ｚ０８２１４）、哈尔滨市科技创新人才研究专项资金（２００８ＲＦＱＸＧ０２４）和哈尔滨工程大学基础研究基金（ＨＥＵＦＴ０７０７９）资助课题。作者简介：单明广（１９７９），男，博士，讲师，主要从事微结构光学元件设计、制作与应用以及超精密光电测量等方面研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｓｍｇｓｉｒ＠ｇｍａｉｌ．ｃｏｍ万方数据