[發明專利]單片式光學元件以及單片式衍射光學元件的設計方法

有效

• 申請號: 201210480434.7
• 申請日: 2012-11-23
• 公開（公告）號: CN102981194A
• 公開（公告）日: 2013-03-20
• 發明（設計）人: 楊國楨;王進澤;葉佳聲;黃慶禮;孟慶波;張巖;張東香;張秋琳
• 申請（專利權）人: 中國科學院物理研究所
• 主分類號: G02B5/18
• 分類號: G02B5/18;G02B27/00;H01L31/052
• 代理公司: 北京智匯東方知識產權代理事務所(普通合伙) 11391
• 代理人: 范曉斌;張群峰

1.一種單片式衍射光學元件的設計方法，基于用于對包含多個波長的入射光進行分色的光柵和用于對分色后的入射光進行聚焦的聚焦透鏡的多個采樣點處的厚度來獲得所述單片式衍射光學元件的對應多個采樣點處的設計調制厚度；所述單片式衍射光學元件具有與所述光柵和所述聚焦透鏡的組合基本相同的光學功能；

對于所述光柵和所述聚焦透鏡的每個采樣點，所述設計方法包括：

步驟一：對于所述多個波長中的每一個波長，根據當前采樣點處所述聚焦透鏡的厚度獲得針對對應波長在相位調制方面等效的等效調制厚度，所述等效調制厚度在衍射光學元件尺度范圍內；由此，對于所述多個波長，對應地獲得多個等效調制厚度；

步驟二：將所述多個等效調制厚度分別加上當前采樣點處所述光柵的厚度，以對應地獲得當前采樣點處的多個初始調制厚度；

步驟三：對所述多個初始調制厚度采用厚度優化算法確定所述單片式衍射光學元件的對應采樣點處的設計調制厚度。

2.一種單片式衍射光學元件的設計方法，基于用于對包含多個波長的入射光進行分色的光柵和用于對分色后的入射光進行聚焦的聚焦透鏡的多個采樣點處的厚度來獲得所述單片式衍射光學元件的對應多個采樣點處的設計調制厚度；所述單片式衍射光學元件具有與所述光柵和所述聚焦透鏡的組合基本相同的光學功能；

對于所述光柵和所述聚焦透鏡的每個采樣點，所述設計方法包括：

步驟一：對于所述多個波長中的每一個波長，根據當前采樣點處所述聚焦透鏡的厚度獲得針對對應波長在相位調制方面等效的等效調制厚度，所述等效調制厚度在衍射光學元件尺度范圍內；由此，對于所述多個波長，對應地獲得多個等效調制厚度；

步驟二：對所述多個等效調制厚度采用厚度優化算法確定透鏡設計調制厚度；

步驟三：將所述透鏡設計調制厚度加上當前采樣點處所述光柵的厚度以獲得所述單片式衍射光學元件的對應采樣點處的設計調制厚度。

3.根據權利要求1或2所述的設計方法，其特征在于，所述等效調制厚度針對對應波長的調制相位的范圍為[0，2π）。

4.根據權利要求1所述的設計方法，其特征在于，所述厚度優化算法包括根據每一所述初始調制厚度獲得對應的一系列備選調制厚度；其中，所述備選調制厚度被限制在預定的厚度范圍內。

5.根據權利要求2所述的設計方法，其特征在于，所述厚度優化算法包括根據每一所述等效調制厚度獲得對應的一系列備選調制厚度；其中，所述備選調制厚度被限制在預定的厚度范圍內。

6.根據權利要求4或5所述的設計方法，其特征在于，所述預定的厚度范圍根據光刻加工工藝水平來確定。

7.根據權利要求1-6中任一項所述的設計方法，其特征在于，所述光柵為透射式閃耀光柵，其將各個波長的入射光分別集中在預定的單個衍射級上。

8.根據權利要求1或2所述的設計方法，其特征在于，所述聚焦透鏡為多個，分別用于對所述多個波長中對應波長的入射光進行聚焦。

9.一種按照權利要求1-8中任一項所述的設計方法設計的單片式衍射光學元件。

10.根據權利要求9所述的單片式衍射光學元件，其特征在于，所述單片式衍射光學元件是用光刻方法制成的。

11.一種單片式光學元件，用于對包含多個波長的入射光進行分色和聚焦，其包括一體成型的用于對所述入射光進行分色的光柵和用于對分色后的入射光進行聚焦的聚焦透鏡的組合。

12.根據權利要求11所述的單片式光學元件，其特征在于，所述光柵為透射式閃耀光柵，并且所述透射式閃耀光柵構造成將各個波長的入射光分別集中在預定的單個衍射級上。

13.根據權利要求11或12所述的單片式光學元件，其特征在于，所述光柵以光刻的方式成形在所述透鏡的一側。

14.一種太陽能電池，包括如權利要求9或10所述的單片式衍射光學元件或如權利要求11-13中任一項所述的單片式光學元件。