Matlab二元衍射微透镜的设计(2)
1.1.2 衍射光学元件（DOE）的发展背景
二元衍射光学微透镜，与我们正常意义上的透镜、反射镜、棱镜和光栅这些以几何光学理论为基础的光学元器件是有区分的[3]，主要就是它是以衍射原理为基础的衍射光学元件。伴随着超大规模集成电路、计算机辅助设计和光刻技术的进步，二元衍射光学元器件的制作、应用也得到了长足的发展和进步。
与传统的光学元器件相比，这种利用微电子雕刻的新型光学元器件具有小尺寸、小重量、易拷贝、低造价、高衍射效率、多涉及自由度、宽材料可选性、独特色散性能等特点[4] ：
(a) 高衍射效率；将近100%的衍射效率可以通过亚波长微结构和连续相的面形达到。
(b) 独特的色散性能；新的非球面设计和温度补偿等技术中已经广泛使用这一色散特性。
(c) 更多的设计自由度；传统光学的设计变革就是设计出功能更加多的全信功能光学元器件。利用波带片的位置、槽宽与槽深及槽型结构来改变或者是产生任意波面，大大增加了设计变量。
(d) 宽广的材料可选性；二元浮雕面形转移至玻璃、电介质或金属及地上，可用材料范围大；除了对光学系统的红外材料的选择，一些材料因其不良的光学性能，通常的使用是有限的，但在两个光学元件之间，可以在宽带的使用上做色差消除。此外在远紫外有用的光学成像波段展宽1000倍，就是利用这一特性。
(e) 特殊的光学功能。我们可以使用很多传统光学波前不能使用的波面，比如说环状面、非球面、镯面和锥面等，并且可以继承，而且在此基础上可以得到多功能元件。亚波长结构的使用可以得到大视场，大宽带，偏振特性和防反射，并且在小型化，阵列化，集成化等方面发挥着极其重要作用。
关于阵列化、集成化及任意波面变换等传统光学元器件难以完成的任务，二元衍射光学元器件都能轻易实现。因为这些特点，二元器件在国防、军事等方面的应用前景十分宽广。国防、军事要求的高、精、尖、快速打击、安装、修复要求，二元光器件都能很好的完成。由于色散特性和传统的光学设备有很大的不同，在构成折射/衍射混合光学系统原则的基础上的聚焦能力，提供最常规的折射元件的表面，再利用表面上的浮雕相位结构同时校正多重相差，可以大大提高战略和战术武器光学系统的成像质量[5]。
1.1.3 国内外发展情况
1.1.4 衍射光学器件的设计理论
衍射微光学器件的设计问题和光学变换系统的相位恢复，是非常相似的。这是设计问题的实质。已知光学系统中的入射光的光场，还知道输出光的光场分布，然后利用这些数据来计算输入平面上调制元件的相位分布，正确调制入射光场，用高精度的预期输出图像，来实现所需功能[8]。随着微细加工工艺水平的发展和衍射元件应用领域的扩大，衍射微光学期间的特征尺寸进一步缩小，其设计理论已经逐渐从标量理论向矢量理论扩展。
如果衍射微光学器件的特征尺寸比光的波长大得多，并且输出平面的距离到衍射元件足够远，那么标量衍射理论就足够进行衍射场精度分析。光波是一种电磁场，所谓标量衍射理论，就是只考虑电磁场一个横向分量的复振幅，而假定其他分量可用类似的方式单独地进行处理[9]。在理论上，衍射光学元件的设计被视为一个高文多变量函数的优化问题，已知条件时入射场和输出光场，未知数时衍射元件的相位分布，根据目标函数的功能结构来实现的，比如通过一个或多个优化的算法计算装置的相结构。所谓优化算法，其结果不可能使输出光波与期望光波完全符合，其接近程度取决于算法本身。