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微纳光学元件

我们深入研究各种设计理论及方法,开发出多款专业光学设计软件,可提供全局最优设计方案。在多年实践基础上,积累多项技术并形成稳定工艺: 可制备十六阶衍射器件、横向误差小于 1um,深度误差小于 1.5%,衍射效率高于 90%。可精确控制连续表面微纳结构面形,面形误差小于 3%。发展了微、纳尺度压印及紫外光固化复制技术,可以实现高保真、低成本、大批量微纳结构制作。目前,已形成以微透镜列阵、位相板、衍射器件为主的系列产品,在科研、军工、工业、医疗等领域成功应用。我们一站式供应各种类型的多阶衍射光学元件doe,衍射效率高、误差小、高保真、可大批量定制,可提供选型、技术指导、安装培训、个性定制等全生命周期、全流程服务,欢迎联系我们的产品经理!

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微透镜列阵

微透镜列阵元件是由通光孔径为微米级及浮雕深度为微纳米级的透镜组成的列阵,可实现聚焦成像、准直等功能,具有单元尺寸小、集成度高等优点。主要用于 Shack-Hartmann 波前传感、红外焦平面探测、CCD 列阵光聚能、LD 整形、激光列阵扫描、激光显示、光纤耦合、光场相机、3D 显示、数字无掩膜光刻(DMD) 等系统。

微透镜列阵

二元微透镜列阵

二元微透镜列阵指的是利用台阶状的面形结构来趋近于连续浮雕结构的微透镜列阵。该元件利用二元掩模通过多次套刻完成多个台阶结构的制备,可制备结构指标参数如下:

  • 波段范围:0.248μm ~10μm;
  • 子口径形状:圆形、矩形、正六边形、环形等
  • 子透镜口径:0.01mm~4mm
  • 透镜材料:石英、硅、锗、硒化锌等
  • 典型台阶数:2、4、8、16
  • 衍射效率:75%~95%

二元微透镜列阵

波长(μm) 子口径(μm) 子口径形状 焦距(mm) 列阵数 基片尺寸(mm)
1.064 275×275 四边形 8 30×30 φ14×3
1.064 1000×1000 四边形 30 16×16 φ30×5
0.55 1680(平行对边) 六边形 29.7 37×37 φ14×3
0.5 1680(平行对边) 六边形 69.8 7×9 φ20×3
1.064 1750×1750 正方形 90 6×6 φ20×3

连续面形微透镜列阵

我们采用独特的成形及面形控制技术,实现无衍射色差,适用于宽波段系统成像和聚焦的高精度连续表面微透镜列阵。

  • 数值孔径:0.01~0.5
  • 透镜面形:球面、抛物面、双曲面等
  • 面形误差:<3%
  • 子透镜口径:5μm~4mm
  • 填充因子:> 98%
  • 子孔径形状:四边形、六边形、圆形、矩形等
  • 透镜材料:石英、硅、锗、硒化锌、K9、氟化钙、PMMA、PC等

柱透镜列阵

可以研制任意面形分布(如非球面)的微柱透镜列阵,结构周期20μm~5mm,应用于光聚焦、整形等领域。下图所示为我们研制的特殊面形的柱镜结构,面形精确控制在50nm,表面粗糙度小于10nm。

柱透镜列阵

四边形微透镜列阵

四边形微透镜是指口径形状为四边形或者按照四边形排布的透镜。我们可以定制口径范围在5μm~5mm之间的四边形微透镜列阵。

四边形微透镜列阵

子口径(μm)子口径形状列阵数可订制焦距范围(mm)基片尺寸(mm)

20×20 正方形 2000×2000 0.1-1 可订制
100×100 正方形 400×400 0.6-20 可订制
150×150 正方形 300×300 1-60 可订制
180×180 正方形 64×64 1.8-90 φ20×3
200×200 正方形 42×42 2-100 φ14×3
300×300 正方形 150×150 5-240 可订制
400×400 正方形 21×21 9-440 φ14×3
500×500 正方形 80×80 14-680 可订制
545×545 正方形 26×26 17-810 φ25×3
600×600 正方形 34×34 20-980 φ30×5
680×680 正方形 24×24 25-1260 φ25×3
700×700 正方形 65×65 27-1340 可订制
720×720 正方形 30×30 28.5-1400 φ45×5
800×800 正方形 10×10 35-1750 φ20×3
850×850 正方形 18×18 40-1970 φ20×3
1000×1000 正方形 25×25 55-2730 φ40×5
1200×1200 正方形 9×9 80-3940 φ20×3
1380×1380 正方形 30×30 105-5200 φ60×6
1440×1440 正方形 26×26 115-5670 φ60×6
3300×3300 正方形 5×5 600-29780 φ25×3

六边形微透镜列阵

六边形微透镜列阵指的是口径形状为六边形或者按照六边形排布的微透镜列阵。可定制口径大小在50um~5mm(透镜中心间距)之间的六边形微透镜列阵。

六边形微透镜列阵

子口径(μm)子口径形状列阵数可订制焦距范围(mm)基片尺寸(mm)

207(平行对边) 六边形 13×13 1.2-88 φ14×3
259(平行对边) 六边形 77 2.5-183 φ14×3
300(中心间距) 圆形(六边形排布) ≥100×100 3.2-246 可订制
336(平行对边) 六边形 17×17 4-308 φ14×3
480(平行对边) 六边形 17×19 8.4-630 φ14×3
1120(平行对边) 六边形 13×13 46-3430 φ25×3
1360(平行对边) 六边形 187 68-5000 φ25×3

任意排布任意面形微透镜列阵

可以按照客户的特殊需求订制任意面形任意排布的微透镜列阵。以下为本单位所制备的离轴型微透镜列阵的形貌图以及焦斑图。

任意排布任意面形微透镜列阵

微透镜列阵典型应用

哈特曼波前传感器

微透镜列阵是夏克-哈特曼波前传感器波前分割的核心器件,通过计算其焦斑位置的偏移来测量波前。该波前传感系统可应用于半导体制造、航空航天、眼科医学等研究及工业加工领域的高精度、无损、在线波前检。

哈特曼波前传感器

焦平面聚能器件

由于传感器本身的结构特点,感光元与感光元之间存在间隙,这些间隙的存在造成光入射能量的极大损失,利用微透镜列阵将原本入射到这些间隙上的光会聚到感光元上,可以极大的提高传感器的光能利用率。

焦平面聚能器件

光场相机

利用微透镜列阵与场镜之间的相互匹配,获取大数据量丰富的图像数据,利用后续算法可实现多景深图像信息再现,进而可实现连续空间的数据获取。

光场相机

三维显示

利用微透镜列阵与微结构图形之间的相互作用,可实现三维立体影像的获取和重现,进而发展可应用于包装、防伪、3D印刷、立体广告牌、三维影视、立体画等技术领域。

三维显示

相位板器件

研制各种基于微光学技术的波前调制器件,包括台阶型和连续表面型,具有准确、系统紧凑、方便调节等优点。拥有多种自主开发的设计软件及数据处理模块,主要包括波前转换方法,改进遗传算法及模拟退火的全局优化技术等。器件主要用于像差校正,相位模拟、非球面检测(CGH),光束控制、景深及视场调制等领域。可制备元件尺寸可达100mm,应用范围涵盖紫外到红外波段。

相位板器件

螺旋相位板

连续面形螺旋相位板相对于传统的台阶状元件极大提高了光的利用率,其典型应用为将入射平行光转换为带角动量的涡旋光,用于光摄、光子捕获。本研究小组可以进行各种拓扑电荷数的螺旋相位板的制备,如下图所示。

连续面形螺旋相位板

随机相位板

随机相位板可对系统位相进行精确模拟、校正或调制。可产生单阶、多阶像差位相器件,用于各种光学系统静态像差校正;也可产生具有特定功率谱的动态随机波像差等。典型应用为用于矫正人眼高阶像差模拟器、大气湍流位相调制效应像差补偿元件及非球面检测用CGH位相板。

随机相位板

复合型相位板

可以研制兼具连续面形和二元结构的复合型相位板,使其能够对光进行特殊调制,从而产生特定的光学效果。

复合型相位板

衍射器件(DOE)

衍射光学器件在激光加工、激光光束整形、激光医疗、移动智能设备、人机自然交互体感、手姿控制系统等领域应用广泛,可实现高衍射效率、高均匀性光束变换、整形、分光及位相调制等。深入研究基于标量衍射理论的G-S算法、直接二元搜索法(DBS)、模拟退火算法(SA)、遗传算法(GA)、能量守恒算法及基于矢量衍射理论的积分法、微分法、模态法、耦合波法,开发出多款专业光学设计软件,可提供全局最优设计方案。深入开展高深宽比纳米结构的制备研究,成功实现大角度(70度)、复杂图形的设计、加工、制备。

主要技术参数

  • 器件口径:<100mm
  • 器件材料:熔融石英、BK7、硅、锗、硒化锌、K9、氟化钙、蓝宝石等
  • 特征尺寸:百纳米~微米
  • 量化台阶:多阶
  • 衍射效率高。

分束器件

将入射光按照设计要求分成所需的一维或二维多束出射光,如2×2、4×4、7×7、 9×9、15×15、65×65等。使用波长涵盖565nm、694nm、850nm、1064nm、2940nm、10.6um等。分束器点阵间能量一致性高、中央主极大可有效控制,也可根据设计需求达到特定能量比分布。可广泛应用于激光医疗、激光加工等领域。

分束器件

一维分束器型号(波长-分束数-角度)二维分束器型号(波长-分束数-角度)

<tr style="box-sizing: border-box; ma

450-1×3-2.3 405-3´3-0.229
450-1×3-9 450-11´11-53
450-1×3-15 525-5×5-7.5
450-1×5-10.5 532-4´4-3.51
450-1×5-14 532-5×5-60
450-1×7-20 532-7×7-6.8
450-1×9-25 532-7×7-11
450-1×11-12 532-8×8-3.51

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