论文摘要
基于计算机辅助设计和微米级加工技术制成的二元或多元光学元器件具有高衍射效率、独特的色散性能、特殊的光学功能等优点，因此二元或多元光学元器件已广泛用于数据存储、光通信、光学传感、光计算以及其他特殊光学系统中。本文针对高密度信息存储的需要，将遗传算法应用到二元及多元环形滤光片的设计中，进行了理论研究和实验验证，实现了衍射超分辨。论文重点介绍了用于高密度信息存储的环形滤光片的设计、制作和超分辨实验系统。首先，在设计二元环形滤光片的过程中，根据Sheppard和Hegedus关于横向和轴向分辨率增益的定义方法，将统计学理论与衍射理论相结合，定义出横向和轴向分辨率增益。取横向分辨率增益为优化目标，通过遗传算法得出最大横向分辨率增益时所对应的二元环形滤光片的结构参数。模拟结果显示，此二元环形滤光片达到了记录光斑减小、焦深不变或变长的效果。随后介绍了多元(二元和四元)环形滤光片的设计。推导出了横向和轴向的光强分布表达式，并提出了一个改进的代价函数表达式。以分辨率和焦深为优化目标，采用遗传算法对此代价函数进行优化，得出相应的多元环形滤光片的结构参数。模拟结果显示多元环形滤光片也达到了减小记录光斑大小的要求。通过比较，利用上述两种方法设计的二元环形滤光片性能相近，且优于四元环形滤光片。其次，完成了二元环形滤光片的制作，主要包括：设计并制作掩模板；进行光刻工艺过程，确定了制作过程中的相关工艺参数，制作出了相应的实物。最后，搭建了光学测试系统，实验验证了我们设计的二元环形滤光片能够达到减小记录光斑尺寸的要求，从而实现衍射超分辨。实验结果与理论计算相符。
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摘要ABSTRACT第一章 绪论1.1 本课题研究目的及意义1.2 信息存储技术的发展历程及研究现状1.2.1 磁存储技术1.2.2 磁光存储技术1.2.3 光存储技术1.3 本论文研究的主要内容第二章 光存储技术的理论基础2.1 光的衍射现象及理论基础2.1.1 惠更斯—菲涅耳原理2.1.2 菲涅耳衍射2.1.3 夫琅和费衍射2.2 圆孔衍射焦距附近的三维光分布2.3 光存储技术分类2.3.1 远场光存储技术2.3.2 近场光存储技术2.4 本章小结第三章 基于遗传算法的环形滤光片的设计3.1 遗传算法概述3.1.1 遗传算法的基本概念3.1.2 遗传算法的改进3.1.3 遗传算法的应用3.2 二元环形滤光片的设计方案3.2.1 基于统计学的横向和轴向的分辨率分析3.2.2 基于遗传算法的二元环形滤光片设计3.2.3 理论模拟的结果分析3.3 多元环形滤光片的设计方案3.3.1 基于衍射理论的横向和轴向的强度分析3.3.2 基于遗传算法的多元环形滤光片设计3.3.3 理论模拟的结果分析3.4 本章小结第四章 二元环形滤光片的制作及实验结果4.1 光刻工艺流程及实验结果分析4.1.1 二元环形滤光片衍射图形掩模版设计制作4.1.2 光刻工艺流程4.1.3 光刻实验结果分析4.2 超分辨实验及结果分析4.2.1 光学测试系统的构建4.2.2 实验结果分析4.4 本章小结第五章 总结及展望5.1 本文工作总结5.2 下一步工作思路参考文献附录致谢攻读学位期间发表的学术论文
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