人工微納
光學(xué)結(jié)構(gòu)是指特征尺寸在微米甚至
納米級(jí)別的一類新型光學(xué)器件。相比于傳統(tǒng)的折、反射光學(xué)元件，微納光學(xué)元件在波面轉(zhuǎn)換、偏振控制、光學(xué)抗反射、表面拉曼散射增強(qiáng)等方面具有許多獨(dú)特的光學(xué)性能，并由此產(chǎn)生了一系列新的應(yīng)用，包括：
! Ucjax~ XfPFo6 1. 二元光學(xué)元件在波面轉(zhuǎn)換中的應(yīng)用 K6/ @]y%Wr 
Zxr!:t7 圖1. (a)二元光學(xué)元件用于光束整形 (b)二元光學(xué)元件用于復(fù)雜曲面干涉檢測(cè)
在
激光的廣泛應(yīng)用中,對(duì)激光的波面、光強(qiáng)分布、模式及光斑的形狀與大小等提出了多種特殊的要求。例如：在激光加工和熱處理中，為實(shí)現(xiàn)一次成型的高效率加工，需要使用形狀各異（矩形、環(huán)狀或直線形）的激光光斑；在強(qiáng)激光光學(xué)中，對(duì)激光光斑的要求極其苛刻，要求微小光斑不均勻性小于5%，衍射效率大于90%，且光斑呈無旁瓣的平頂分布。二元光學(xué)元件是基于光波的衍射理論，利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，并用微納制作工藝，在片基上刻蝕產(chǎn)生兩個(gè)或多個(gè)臺(tái)階深度的浮雕結(jié)構(gòu)，行成純位相、同軸再現(xiàn)、具有極高衍射效率的一類衍射光學(xué)元件，可廣泛用于如圖1. (a)所示的激光光束整形。
S$)*&46g Hy. AyU|L 在
光學(xué)系統(tǒng)中采用高設(shè)計(jì)自由度的復(fù)雜曲面，不僅能夠使系統(tǒng)獲得更加優(yōu)異的光學(xué)性能(例如矯正像差、改善像質(zhì)、擴(kuò)大視場(chǎng)、增大作用距離等)，而且還能簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、降低成本、減輕重量。復(fù)雜曲面所具有的多變的面型雖然為
光學(xué)設(shè)計(jì)提供了更大的自由度，但同時(shí)也給檢測(cè)帶來了極大的困難。對(duì)于面形精度在亞微米量級(jí)的超精密光學(xué)自由曲面，目前還沒有一種方法能快速、準(zhǔn)確地對(duì)其面形做出正確的評(píng)價(jià)。二元光學(xué)元件能夠靈活地產(chǎn)生任意形狀的波面，如圖1. (b)所示，若將其作為補(bǔ)償器放入普通干涉儀，可產(chǎn)生高質(zhì)量的復(fù)雜比較波面，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)光學(xué)非球面、自由曲面的高精度干涉檢測(cè)。
`Z: R Ce^ aj8A8ma*} 2. 亞波長光柵在偏振成像中的應(yīng)用
$`ZzvZ'r Kl7WQg,XOi I V%zO+ 光波蘊(yùn)含的信息十分豐富，包括振幅、頻率、相位及偏振。相比于前三類信息，偏振信息的利用相對(duì)滯后。究其原因，主要是因?yàn)樗刑綔y(cè)器，包括人眼，均無法對(duì)光波的偏振態(tài)做出響應(yīng)（偏振盲的）。隨著光信息科學(xué)的不斷發(fā)展，對(duì)光波偏振所攜帶信息的挖掘、利用成為該領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)，而利用偏光器件準(zhǔn)確探測(cè)入射光波的偏振態(tài)是所有偏振信息利用的基礎(chǔ)。通過研究發(fā)現(xiàn)：當(dāng)光柵的周期小于入射光波長時(shí)，光柵將對(duì)入射光的偏振敏感，而且這種偏振敏感是由光柵周期的亞波長性決定的，而與所選材料是否具有光學(xué)各向異性無關(guān)。因此，通過在各向同性材料上制作亞波長結(jié)構(gòu)，可以將該材料變?yōu)楦飨虍愋裕`活地應(yīng)用于各光學(xué)波段。
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[(X y.L7x 圖2 配備多方向深亞波長金屬光柵偏振片的偏振成像系統(tǒng)及其偏振圖像
