[发明专利]用于光斑三维压缩的超衍射相位调制片及其加工方法

权利要求书

1.一种用于光斑三维压缩的超衍射相位调制片的设计方法，其特征在于：所述调制片的结构 为下列二者之一：

(1)、调制片中心为凸起的圆台，所述的凸起的圆台外侧为环形平底凹槽，所述的环形 平底凹槽外侧为环形凸台，以此类推，反复形成环形平底凹槽以及环形凸台的结构，所述的 凸起的圆台、环形平底凹槽、环形凸台的表面处于同一平面，各环形平底凹槽的深度相同；

(2)、或者，调制片中心为圆形平底凹槽，圆形平底凹槽外侧为环形凸台，环形凸台外 侧为环形平底凹槽，以此类推，反复形成环形凸台以及环形平底凹槽的结构，所述的圆形平 底凹槽、环形凸台、环形平底凹槽的表面处于同一平面，圆形平底凹槽和各环形平底凹槽的 深度相同；所述的环形凸台、环形平底凹槽的截面均为矩形；

(1)、(2)所述的调制片的结构通过以下设计方法确定：

利用对惠更斯-菲涅尔原理进行直接衍射积分，计算在一光束通过透镜后，在透镜焦点 附近产生的三维衍射光分布的惠更斯-菲涅尔原理方程为下面公式(1)：

U(P)=-2πia2Aλf2exp[i(fa)2u]∫01J0(υρ)exp(-12iuρ2)ρdρ---(1)]]>

公式(1)中：“i”为虚数单位，P(u，v)为聚焦点附近的任一点，且有：“a”为透镜的通光孔径的半径，“λ”为光束的波长，“f”为透镜的焦距，“A”为透镜通 光孔径波面上的复振幅，且有J₀(vρ)为零级贝塞尔函数，代入相关 参数就可计算出透镜焦点附近任一点P(u，v)的复振幅U(P)，即为在焦点附近的衍射光强分布 艾里斑；

进行超衍射计算，是将透镜前的光束进行相位调制，通过将连续的孔径波面分解成n个 不同相位部分，公式(1)转换为对n个相位部分积分的和，超衍射计算公式(2)为：

公式(2)中为透过率函数，A(r)为幅值因子，为相位因子，通 过不同n值计算在焦点附近的空间超衍射光强分布，在尽量减少能量损失的前提下，选取最 优的调制环数n值，再将公式(2)代入遗传算法流程，以调制环半径r_i和环形平底凹槽、圆 形平底凹槽深度h为优化变量参数，其中在优化计算得到最优的超衍射分布 后，确定调制环半径r_i和平底凹槽深度h，并根据h值的正负来确定调制片中心r₀～r₁之间 部分的凸凹性：h值为正值时，其中心r₀～r₁之间部分为凸起的圆台，r₁～r₂之间部分为环 形平底凹槽，r₂～r₃之间为环形凸台，以此类推；h值为负值时，其中心r₀～r₁之间部分为 圆形平底凹槽，r₁～r₂之间部分为环形凸台，r₂～r₃之间为环形平底凹槽，以此类推。