文 献 综 述
引言：在集成线路掩膜曝光单图样的多重成像、并行多通道光学目标识别、光学开关寻址等系统中需要一种能产生光强度均匀分布的光点阵列。本课题拟以衍射理论为基础设计一种可满足上述要求的一维光点阵列发生器。光点阵列发生器[1]依据光栅的衍射原理产生一组光点的阵列，将其用在成像系统中，可以产生一组像的阵列，这种阵列的产生使得原来成像系统输入输出一一对应的关系扩展成对多的关系，即系统的脉冲响应函数由delta;函数变成了delta;函数的阵列，实现了多通道处理，大大提高了系统的信息量，这就要求光阵列发生器所产生的光阵列强度要均匀，衍射效率要高[2]。
一、发展现状
达曼光栅是一种可以将入射单色光在傅里叶变换的远场处高效率地生成均匀光强点阵的位相光栅。最初在70年代，Dammann等在研究多个像复制时提出了达曼光栅[3]。他首次把大规模集成电路工艺引入光学领域，为微光学的发展奠定了基础。在年代，达曼光栅被运用于光耦合领域。从 年代末至今，由于光计算与光互连的迅速发展，达曼光栅受到了普遍的重视。在理论上， 提出了偶数点阵达曼光栅[4]，Vasara提出了非正交二维结构达曼光栅[5]。实际应用中，高效率、大规模点阵达曼光栅是发展的主要趋势[6]。特别是正交二值位相光栅，由于其具有设计简单、制作工艺成熟、无需精确套准等优点，因而被广泛使用。应用此类光栅,Tooley等实现了光学细胞逻辑图像处理器[7]，McCormick等实现了基于自电光效应的光计算器件[8]。由于偶数点阵达曼光栅结构排除了零级衍射光对制作误差的敏感性，使实际制作的偶数点阵的均匀性容易高于奇数点阵[6]。本文从偶数点阵达曼光栅的理论出发，得出了此类光栅具有相移性、平移性与反转性等特性。利用数值优化方法，我们得到了一组点阵达曼光栅解。所设计光栅的特点是通光口径大、条纹不等间距、最小尺寸接近于仪器的精度，其微电子加工包括掩模板的制作和离子刻蚀两部分[9]。
二元光学，或称二元衍射光学，国外首先是由Veldcamp等人在80年代开始研究的[10]。到了90年代开始形成研究热潮，国际会议的邀请报告、各种专题会议、国际学术期刊专刊等纷纷出现二元光学或衍射光学的内容。1991年，英国国家物理实验室就二元光学元件作了一个专门的研讨会，吸引了来自德国、法国、瑞士等国的学者，会上讨论了二元光学元件(如微透镜阵列)的设计制作、测试与应用等问题，指出二元光学已经在欧洲学术界引起了较大的兴趣。目前以美国加利福尼亚大学洛杉矶分校(UCLA)，MIT林肯实验室，ROCKWELL科学中心，HONEYWELL公司，日本CANON公司等为首的几十家大学、研究中心与公司正投入很大的力量从事这方面的基础研究与应用研究，并已有少量产品与商品问世[11]。国内在二元衍射光学方面的研究虽然起步稍迟，但目前也已受到普遍重视，掀起了研究热潮。清华大学、浙江大学、南京大学、中国科技大学、北京理工大学、深圳大学、中科院物理研究所、西安光机所、上海技术物理研究所、成都光电技术研究所等一批为数不少的单位都先后开展了二元光学的研究，在各种学术刊物与会议上发表了许多论文。可以预期，由于二元衍射光学在学术研究上的重要性和广泛应用性，它必将成为光学领域的主要研究内容之一，并将走入工业生产之门[12]。二元光学是在计算全息与相息图研究发展的基础上新兴的一个光学学科分支．在光的衍射原理的基础上，通过计算机设计与微电子加工技术，人们研制成二元光学器件．它是一种片基表面深度为亚微米级的台阶形分布的纯相位器件，可以微型阵列化与集成化．它在激光波面校正、激光相干合成、微透镜阵列、红外光系统、光雷达、光通信、光互连与光计算等方面有非常良好的应用前景[13]。
- 研究原理
1.偶数达曼光栅及其特性分析[14]
在一维情况下，当偶数点阵（0，pi;）型二值位相光栅的一个周期受单色光照射时，其衍射级次的相对振幅可表示为[4]
（1）
式中n为衍射级次，N为一个周期内拐点的个数。相对光强。易得I(-n)=I(n)。当n为偶数时,I(n)=0。令I(1)=I(3)=hellip;I(2L-1)，可以得到一组1times;2L的达曼光栅解。将此解分别应用于x,y轴，即可得到一组2Ltimes;2L的光栅解。
1.1相移性
如果，其中theta;为一恒定位相调制，则有。特别是当theta;=pi;时，上式代表了二值光栅（0，pi;）位相的反转，它表明光栅无论用正胶还是负胶、生长还是刻蚀来制备，都能得到等效的点阵。
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