CN103412353A - 一种基于两面图形结构的短焦距衍射透镜 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于两面图形结构的短焦距衍射透镜，属于光学工程领域。该透镜通过在平板基底两面，制作衍射透镜图形结构而成。该透镜具有焦距短、线宽粗的特点，因此可以缩短光路、降低透镜制作难度。本发明衍射透镜可应用于光学成像等领域。

Description

一种基于两面图形结构的短焦距衍射透镜

技术领域

本发明属于光学工程领域，涉及一种基于两面图形结构的短焦距衍射透镜，可用于光学成像等领域。

背景技术

衍射透镜具有与传统折射透镜相反的色散特性、更多的设计自由度在光学成像领域得到了越来越多的应用。衍射透镜通常采用离子束刻蚀、激光直写、纳米压印等技术将其图形结构复制在基底材料上制作而成，加工技术决定着能加工衍射透镜图形结构的最细线宽。衍射透镜最细线宽为

其中f为衍射透镜焦距，λ为设计波长，D为衍射透镜口径，L为衍射透镜台阶数。由公式可以看出当衍射透镜设计波长、口径和台阶数确定时，衍射透镜最细线宽与衍射透镜焦距有关，焦距f越大线宽越粗，f越小线宽越细。对于成像光学系统焦距f越大意味着光路越长，光学系统会变得大而笨重。光学系统焦距f越小光学系统会越紧凑，但是对加工技术水平提出了挑战。为了使光学系统结构更紧凑，同时又保证衍射透镜最细线宽在当前加工技术水平内，需要设计一种短焦距、粗线宽的衍射透镜。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了使光学系统结构更紧凑，同时又保证衍射透镜最细线宽在当前加工技术水平内，提供一种基于两面图形结构的短焦距衍射透镜，具有焦距短、线宽粗的特点，可以缩短光路、降低透镜制作难度。

本发明解决上述技术问题采取的技术方案是：在衍射透镜基底两面刻蚀衍射透镜图形结构，第一面（1）的焦距为f₁，第二面（2）的焦距为f₂，基底厚度为d，则由两面组成的透镜焦距为：

$f=\frac{(f_1-d)f_2}{f_1+f_2-d}---\left(1\right)$

通常基底厚度d与f₁、f₂相比很小可以忽略，则衍射透镜焦距为f＝f₁f₂(f₁+f₂)。

$\frac{f}{f_1}=\frac{f_2}{(f_1+f_2)}<1,\frac{f}{f_2}=\frac{f_1}{(f_1+f_2)}<1---\left(2\right)$

由公式（2）可知两面刻蚀图形的衍射透镜焦距f比第一面（1）的焦距f₁和第二面（2）的焦距f₂均小，由于f₁和f₂均大于f，两面衍射透镜最小线宽与单面焦距为f的衍射透镜相比，最小线宽要粗。

本发明与现有技术相比的优点在于：本发明基于两面图形结构的短焦距衍射透镜，具有较短的焦距和较粗的线宽，可用于缩短光学系统光路长度，同时还可以降低加工难度。

附图说明

图1为两面图形结构的短焦距衍射透镜示意图。

具体实施方式

结合附图对本发明作进一步说明。

图1为两面图形结构的短焦距衍射透镜，透镜基底材料为石英玻璃材料，厚度为1mm，口径为40mm。透镜第一面1的焦距为400mm图形结构为菲涅尔图形结构，透镜第二面2的焦距为400mm图形结构为菲涅尔图形结构。透镜设计波长为0.55μm，两面台阶数均为16台阶。两面衍射透镜最细线宽为0.6875μm，焦距为200mm。具有相同线宽单面衍射透镜焦距为400mm，两面衍射透镜缩短了焦距。与焦距为200mm单面衍射透镜（最细线宽0.3438μm）相比又具有较粗的线宽。

本发明未详细阐述的部分属于本领域的公知技术。

Claims (1)

1.一种基于两面图形结构的短焦距衍射透镜，其特征在于：该衍射透镜是在平板基底的两面刻蚀衍射透镜的图形结构制作而成，第一面（1）的焦距为f₁，第二面（2）的焦距为f₂，两面图形结构的短焦距衍射透镜焦距f＝f₁f₂(f₁+f₂)。

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