毕业设计说明书中文摘要在传统光学成像系统中加入二元光学元件可以提升整体的性能。本文应实际出发，从几何光学和衍射光学的角度入手，采用光程差法建立了一个口径为10mm的衍射微透镜的理论模型，并设定工作波长为589。3nm的可见光，然后以matlab算法设计衍射透镜面型并对比了基于半径的光线追迹法和基于视场角的光线追迹法在设计衍射透镜时的优劣，最后以衍射效率作为评价函数，用模拟退火算法对所设计的结构参数做了进一步优化，得到了理论衍射效率达99。98%的衍射微透镜结构。81419

毕业论文关键词   衍射微透镜  光程法  模拟退火算法 

毕业设计说明书外文摘要

Title    The design of diffraction micro lens           

Abstract Binary optical elements can be used to improve the performance of the traditional optical system。From a practical point of view, this paper will establish a theoretical model of diffraction micro lens with 10mm diameter based on geometrical optics and the diffraction optical theory。Also ,the working wavelength would be set as 589。3nm to fit visible light。And then we use matlab algorithm to design diffraction lens surface and compare advantages and disadvantages of the ray tracing method based on radius and another light tracing method based on the angle of view in designing of diffraction lens 。And finally we use the diffraction efficiency as the evaluation function。By using simulated annealing algorithm ,we do a further optimization for the original structure parameters of the diffraction lens 。The theoretical diffraction efficiency is up to 99。98% of the diffraction micro lens structure。

Keywords    micro diffraction lens  optical path tracing method   SA algorithm   

目   次 

1  引言 5

1。1  衍射光学  5

1。2  衍射微透镜的研究进展  6

1。3  衍射微透镜的应用   7

1。4  本课题要解决的问题  7

2  衍射微透镜的理论  9

2。1  相关衍射基本理论   9

2。2  衍射微透镜的衍射效率   11

2。3  衍射微透镜的设计理论和方法  13

3 衍射微透镜的算法与设计   15

3。1 设计思路与基本原理  15

3。2 matlab算法设计与仿真   17

3。3 模拟退火算法优化   22

结论  26

致谢  27

参考文献28

1  引言

1。1  衍射光学

在传统成像光学系统中，光学元件大多根据反射、折射原理设计加工而成，为了能有效消除球差，彗差，色差等像差，并进一步提高成像质量，扩大视场，通常采取许多减少像差的补偿措施比如增加反射和折射等常规光学器件的数量。传统光学系统一般用负透镜消色差，而这又加大了整体的光焦度，无疑会使得光学系统体积庞大，生产加工成本高昂，此外，折射系统消色差必然会使折射面曲率增加，又加大了系统的单色像差。

“二元光学”的概念是由美国一个研究团队的负责人提出的，这位负责人就是Veldkamp，他领导的研究团队位于美国MIT林肯实验室，上世纪80年代中期，他领导的小组负责新型传感器系统的设计研发，他提出20世纪的光学产生了一个几乎完全不同于传统的制作方式的发展方向，它即是衍射光学，这种光学元件的面型是以浮雕结构为主；由于使用了原本用来加工集成电路的生产手段，所用的掩膜是二元的，而且掩膜通过二元编码形式进行分层，所以引出了二元光学的概念。二元光学，又名衍射光学（Diffractive Optics）,是根据光波的衍射理论成长起来的一个新兴光学分支。研究衍射光学的基本步骤是：根据光波的衍射理论，通过使用计算机辅助设计技术，经过各种微细加工工艺，在基底或传统光学器件表面刻蚀产生两个或多个台阶乃至连续形状的浮雕结构,形成纯相位、具有极高衍射效率的一类衍射光学元件[1]。衍射微透镜一词即源于此概念，它具有重量轻，体积小，衍射效率高的特点，衍射微透镜还便于组成衍射微透镜阵列，能实现传统光学元件难以企及的信息获取能力，在军事和国防方面，衍射微透镜的使用可以大幅减少军队装备中光学系统的体积与重量，对提高对突发事件的反应速度和远距离攻击能力有重大的意义。此外，在激光准直，机器人技术，生物医学，空间技术等领域衍射微透镜具有无可估量的广阔前景。论文网