Амплитудная цилиндрическая дифракционная линза. Расчет, изготовление с помощью фотолитографии и жидкостного травления

ДОЭ и область применения
Слайд
ДОЭ в объективах
ДОЭ в лазерной резке металлов
λ – рабочая длина волны
n – показатель преломления

Цели и задачи ВКР
Задачи:
Расчет амплитудной цилиндрической дифракционной линзы
Изготовление амплитудной цилиндрической дифракционной линзы
Исследование свойств линз методами численного и оптического эксперимента
Слайд
Цели: Расчет, изготовление с помощью фотолитографии и жидкостного травления и исследование амплитудной цилиндрической дифракционной линзы.

Расчет ДОЭ
Слайд
Линза №1.
Длина: 3,2мм;
Ширина: 3,2мм;
Фокусное расстояние: 300мм;
Длина волны: 633нм;
Шаг дискретизации: 25мкм.
Линза №2.
Длина: 3,2мм;
Ширина: 3,2мм;
Фокусное расстояние: 200мм;
Длина волны: 633нм;
Шаг дискретизации: 25мкм.
Линза №3.
Длина: 3,2мм;
Ширина: 3,2мм;
Фокусное расстояние: 50мм;
Длина волны: 633нм;
Шаг дискретизации: 25мкм.
Компьютерная оптика, выпуск 14-15 ч.2,1995 год.

Моделирование распределения интенсивности в фокальной плоскости
Слайд
Распределение интенсивности в фокальной плоскости
Линзы с фокусным расстоянием 300мм
Распределение интенсивности в фокальной плоскости
Линзы с фокусным расстоянием 200мм
Распределение интенсивности
в фокальной плоскости
Линзы с фокусным расстоянием 50мм
Компьютерная оптика, выпуск 14-15 ч.2,1995 год.

Этапы изготовления амплитудной цилиндрической дифракционной линзы
Слайд
Этапы изготовления ДОЭ
Очистка подложки от загрязнений
Напыление защитной маски
Формирование резистивной маски методом литографии
Жидкостное травление металлического слоя

Нанесение защитной маски
Слайд
Установка магнетронного
распыления ЭТНА100-МТ В
НОЦ НТ СГАУ( НТ-МДТ, г. Зеленоград)
Процесс напыления
алюминия

Фотолитография
Слайд
Центрифуга Laurell WS-400B-6NPP-LITE SPINNER
Сушка фоторезиста на плитке SD160 Stuart
Основные этапы фотолитографии
Фотошаблоны цилиндрических дифракционных линз

Погружение подложки в раствор NaOH и H2O смешанный в пропорции 1/3.
Промывка подложки в проточной деионизированной водой, для исключения подтравливания.
Погружение в раствор ацетона для удаления непроявленного фоторезиста
Промывка деионизированной водой методом вытеснения
Сушка потоком очищенного воздуха.
Слайд
Жидкостное травление металлического слоя
Изготовленные цилиндрические дифракционные линзы

Результаты исследования фотошаблона методом оптической микроскопии
Слайд
Поверхность шаблона линзы с фокусным расстоянием 300мм
Поверхность шаблона линзы с фокусным расстоянием 200мм
Поверхность шаблона линзы с фокусным расстоянием 50мм

Слайд
Результаты исследования амплитудной цилиндрической дифракционной линзы
Поверхность амплитудной цилиндрической дифракционной линзы с фокусным расстоянием 300мм
Поверхность амплитудной цилиндрической дифракционной линзы с фокусным расстоянием 200мм
Поверхность амплитудной цилиндрической дифракционной линзы с фокусным расстоянием 50мм

Экспериментальный стенд
Слайд
Параметры экспериментального стенда:
длина волны - 633 нм,
диаметр освещающего пучка - 3-15мм,
фокусное расстояние линзы (перед видеокамерой) - от 40мм до 400мм
размер ПЗС-матрицы видеокамеры - 4,8×6,4 мм.
а – видеокамера,
б - держатель образца,
в - ирисовая диафрагма,
г - нейтральный фильтр,
д - расширитель пучка,
е - красный лазер (λ=633нм).

Результаты эксперимента линзы с фокусным расстоянием 300мм
Слайд
а - f=150мм,
б - f=175мм,
в - f=200мм,
г - f=225мм,
д - f=250мм,
е - f=275мм,
ж - f=300мм,
з - f=325мм,
и - f=350мм,
к - f=375мм.

Результаты эксперимента линзы с фокусным расстоянием 200мм
Слайд
а - f=50мм,
б - f=75мм,
в - f=100мм,
г - f=125мм,
д - f=150мм,
е - f=175мм,
ж - f=200мм,
з - f=225мм,
и - f=250мм,
к - f=275мм.

Результаты эксперимента линзы с фокусным расстоянием 50мм
Слайд
а - f=40мм,
б - f=50мм,
в - f=75мм,
г - f=100мм,
д - f=125мм.

Заключение
Слайд
В ходе работы были изготовлены и исследованы три амплитудные цилиндрические дифракционные линзы с разными значениями фокусных расстояний с шагом дискретизации 25мкм.
В программном обеспечении "QUICK-DOE" были рассчитаны и смоделированны распределения интенсивности трех амплитудных цилиндрических дифракционных линз с фокусными расстояниями f=50, 200, 300мм.
Были изготовлены три амплитудные цилиндрические дифракционные линзы, с использованием технологий фотолитографии и жидкостного травления.
Проведены исследования изготовленных амплитудных цилиндрических дифракционных линз методом численного и оптического эксперимента. Можно отметить хорошее согласование численных и оптических экспериментов линзы с фокусным расстоянием f=300мм и линзы с фокусным расстоянием f=200мм и некорректную работу линзы с фокусным расстоянием f=50мм.
Экспериментальное исследование линзы с фокусным расстоянием f=50мм выявило, что шаг дискретизации в 25 мкм, выбранный для изготовления этой амплитудной цилиндрической дифракционной линзы, недостаточен для реализации линз с фокусным расстоянием в 50мм.