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申请/专利权人：中国科学院光电技术研究所

摘要：本发明提供了一种衍射元件微观形貌对宏观性能影响的评估方法。通过图像处理算法将加工误差引入到元件表面三维微观形貌模型中，利用衍射元件光波调制分析方法计算衍射元件对入射光波的调制作用及局部衍射效率；采用标量衍射积分公式计算元件焦面及离焦面光强，采用相位差法反演得到元件的波前像差，采用改进的局部光栅方程描述衍射元件的宏观性能，实现衍射元件微观加工误差对宏观性能影响的评估。该方法打通了衍射元件微观形貌与宏观性能的联系，为微结构加工误差定量化研究提供了基本方法，同时使用改进的光栅方程描述衍射元件宏观性能，打通了与传统光线追迹技术的接口，解决了衍射成像系统的性能可预测性，可降低衍射元件应用风险。

主权项：1.一种衍射元件微观形貌对宏观性能影响的评估方法，其特征在于，采用图像处理算法将加工误差引入到元件表面三维微观形貌建模中；利用衍射元件光波调制分析方法计算衍射元件对入射光波的调制作用与局部衍射效率；然后采用标量衍射积分公式计算元件焦面及离焦面光强，利用相位差法反演得到元件的波前像差，使用改进的局部光栅方程描述衍射元件的宏观性能，实现衍射元件微观加工误差对宏观性能影响的评估；该评估方法具体步骤如下：步骤一，建立含加工误差的衍射元件微观形貌三维模型，具体建模方法为使用二维矩阵描述微结构的形貌，矩阵坐标代表微结构位置，矩阵数值描述高度信息；步骤二，根据微结构特征尺寸，使用基于矢量衍射理论或者标量衍射理论的计算光波经过微结构后的光场及局部衍射效率；步骤三，采用标量衍射积分公式计算衍射元件不同距离下的远场光强分布；对于大口径衍射透镜的衍射场计算，具体方法为根据衍射的线性叠加原理将衍射透镜划分为若干子窗口，依次计算每一个子窗口的光场，然后叠加得到全口径透镜的光场；步骤四，根据步骤三得到的多个远场光强信息，采用相位差法反演元件的透射波前像差Wx，y；步骤五，将步骤四中反演得到的波像差转化为相位函数φx，y，结合步骤二中分析得到的局部衍射效率，即可采用下式表征衍射元件的宏观性能； （1）其中，k表示光波传播矢量，x、y、z分别为直角坐标系下的坐标轴方向，m为衍射级次，Λx、Λy分别为元件在x，y方向的局部周期，n为出射空间的折射率，Tmx，y表示局部衍射效率。

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