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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:柯俊宏
研究生(外文):Ko Chun-Hung
論文名稱:紅綠藍三色光分波會聚繞射元件之設計與製作
論文名稱(外文):Design and Fabrication of a Wave-dividing and Focusing DOE for RGB Light Beam
指導教授:陸懋宏
指導教授(外文):Mao-Hong Lu
學位類別:碩士
校院名稱:國立交通大學
系所名稱:光電工程所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:63
中文關鍵詞:繞射光學元件波長分波多焦點聚焦共軛梯度演算法光線追跡法
外文關鍵詞:DOEwave-dividingmulti-focusingconjugate gradient methodray-tracing method
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本論文是根據繞射光學元件的分波與多焦點聚焦特性,以石英為基片利用半導體製程技術,設計製作可見光紅綠藍三色光分波與在任意平面多焦點聚焦的光學系統,主要由兩個繞射光學元件組成。首先,分波元件是以共軛梯度演算法進行最佳化設計的,將紅綠藍三色光聚到以光軸為圓心、半徑不相同的三個同心環,一段距離的聚焦擴散後,經由根據光線追跡法設計的聚焦元件,分別將三色光會聚到不同焦點的位置。我們利用電腦模擬進行系統最佳化的設計,接著以半導體製程製作所設計的繞射光學元件,最後我們以製作出的繞射光學元件架設光學系統實際驗證我們所設計的光學特性。

In this thesis, we design and fabricate a wave-dividing and multi-focusing diffractive optical system for RGB light beam, using VLSI semiconductor process on a quartz substrate. This system is composed of two diffractive optical elements(DOEs). The first element for wave-dividing, designed with conjugate method, focuses a collimated three color(RGB)light beam separately on three concentric rings with different radiuses at the focal plane, where one ring corresponds one color. The second element, designed with ray-tracing method, focuses the three rings on three points at image plane. We utilize computer simulation to design and optimize our system and then fabricate the DOEs by semiconductor technique. After all, we set up a optical system to test and verify the optical function that we designed.

第一章 緒論……………………………………………………………………..……1
1.1 前言………………………………………………………………………………...1
1.2 繞射光學元件的發展與特性……………………………………………..…1
1.3 繞射光學元件的優點與應用………………………………………………..2
1.4 關於本論文……………………………………………………………………….3
第二章 基本理論的推導…………………………………………………………..4
2.1 前言………………………………………………………………………………..4
2.2 共軛梯度法………………………………………………………………………4
2.3 光線追跡法…………………………………………………………………….12
2.4 純量繞射理論…………………………………………………………………15
2.5 Whittaker-Shannon取樣定理…………………………………………….17
第三章 模擬設計與結果分析…………………………………..……………..19
3.1 前言………………………………………………………………………………19
3.2 系統架構設計…………………………………………………………………19
3.3 模擬結果分析…………………………………………………………………20
3.4 模擬製程公差…………………………………………………………………30
第四章 元件製作與結果分析………………………………………………….32
4.1 前言………………………………………………………………………………32
4.2 半導體製程結果與討論…………………………………………………….33
4.3 準分子雷射製程結果與討論………………………………………………39
第五章 元件檢測與結果分析………………………………………………….42
5.1 前言………………………………………………………………………………42
5.2 元件表面輪廓量側…………………………………………………………..42
5.3 元件蝕刻深度量側…………………………………………………………..49
5.4 檢測系統架構…………………………………………………………………50
5.5 輸出平面光強度分佈量側…………………………………………………51
5.6 製程誤差分析與討論……………………………………………………….54
第六章 結論…………………………………………………………………………56
附錄A 繞射光學元件的色散(dispersion)效應…………….……….………….57
附錄B 二進階(binary)繞射光學元件的繞射效率……….………….………...59
附錄C 格林定理(Green’s theorem)………………………..……….………….….61
參考文獻………………………………………………………………………………62

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4.林暉雄, “長焦深雙波長繞射光學元件應用在光學讀取頭上之研究”, 交通大學光電工程研究所, 碩士論文, P25-35 (2000)
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