紅外湍流透射波前的衍射模擬與譜空間展開(kāi)仿真方法研究.pdf

1、本文主要研究和發(fā)展了衍射微光學(xué)元件（Diffractive Optical Element，DOE）的仿真設(shè)計(jì)方法以及對(duì)應(yīng)的由單步電子束光刻和低成本的兩步法各向異性濕法腐蝕組成的工藝制作技術(shù)；設(shè)計(jì)了若干個(gè)功能化DOE結(jié)構(gòu)，用于模擬和再現(xiàn)透射的紅外波段的湍流波前，生成任意的多光譜圖像以及對(duì)寬譜入射光場(chǎng)進(jìn)行頻譜空間展開(kāi)；完成了若干DOE器件的光學(xué)性能測(cè)試。本文主要工作如下：
　?。?）完成了DOE器件的設(shè)計(jì)與建模仿真。采用瑞利-索末菲

2、衍射理論和角譜理論來(lái)模擬衍射傳播過(guò)程，而光波從輸入面到輸出面的迭代傳輸進(jìn)程則采用改進(jìn)的蓋師貝格-薩克斯通算法（Gerchberg-Saxton Algorithm,GS算法）來(lái)設(shè)計(jì)。基于硅的KOH:H2O各向異性濕法化學(xué)腐蝕特性，一種快速低成本的標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體工藝則用于制造DOE器件。所設(shè)計(jì)的元件主要用于形成與大氣流場(chǎng)（如典型的湍流）相關(guān)的遠(yuǎn)場(chǎng)圖案，其振幅和相位都能有效地得到控制。所制造的紅外 DOE元件，通過(guò)在DOE表面形成良好的具有一定

3、尺寸和深度的相位微結(jié)構(gòu)，把普通的高斯光束轉(zhuǎn)換成所需要的經(jīng)大氣湍流環(huán)境影響后的圖形。實(shí)驗(yàn)表明該相位微結(jié)構(gòu)能有效地產(chǎn)生和再現(xiàn)湍流波前。
　?。?）研究并提出了一種高光譜成像探測(cè)陣列技術(shù)，通過(guò)將陣列化DOE器件與紅外探測(cè)器集成，能夠驅(qū)動(dòng)寬譜入射光場(chǎng)中所選的波長(zhǎng)成分至指定的子探測(cè)器上。DOE器件收集入射高斯光束或其它源于目標(biāo)任意類型的紅外入射光，并基于相位變換和衍射傳播過(guò)程將入射光場(chǎng)在成像面上聚焦成單色點(diǎn)圖案或其它任意形狀的高光譜圖像。對(duì)

4、于寬譜入射光場(chǎng)，陣列化的DOE器件是基于衍射傳播理論來(lái)設(shè)計(jì)，并采用加權(quán)迭代傅里葉變換算法（Weighted Iterative Fourier Transform Algorithm, WIFTA）建模仿真以得到其所需相位分布，從而所設(shè)計(jì)的架構(gòu)會(huì)將入射光場(chǎng)中的每個(gè)波長(zhǎng)成分分離到焦平面上的不同位置，然后放置探測(cè)器陣列與其耦合從而達(dá)到分光成像的目的。
　　本文基于Matlab完成了多種紅外DOE器件的仿真設(shè)計(jì)。所設(shè)計(jì)的DOE器件，能有