微光學（micro-optics）是未來微光電機系統(tǒng)（micro-optical-electrical-mechanical system，moems，也稱微機械系統(tǒng)，micro-electrical-mechanical system）中三大（另兩大組成部分是微電子和微機械）重要組成部分之一，有時也稱光學微機械（optical mems）。微光學元件具有體積小、重量輕、設(shè)計靈活可實現(xiàn)陣列化和易大批量復制等優(yōu)點已成功地應(yīng)用到現(xiàn)代光學的各個領(lǐng)域中，如校正光學系統(tǒng)的像差、改善光學系統(tǒng)的成像質(zhì)量、減輕系統(tǒng)的重量。更為廣泛的應(yīng)用是激光光學領(lǐng)域，用于改變激光光束波面，實現(xiàn)光束變換，如光束的準直、整形及光學交換和光學互聯(lián)等。微光學元件按照光傳播的途徑可簡單地分為兩大類：衍射光學元件（diffractive optical elements， does）和折射性光學元件（refractive optical element，roes）。衍射型微光學元件中比較常用的一種是二元光學元件（binary optical element，boes），以多臺階面形來逼近連續(xù)光學表面面形，是微光學元件中比較重要的一類。相應(yīng)的微光學元件的設(shè)計方法有衍射方法和折射傳播的幾何光學方法，如fresnel 波帶法、g-s 算法、遺傳算法、光線追跡等。目前比較成熟的商業(yè)化軟件如code v，zemax， oslo 等都具備微光學元件和系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計功能。 _3 oo%?}
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微光學元件的制作方法 iw/~t
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微光學元件的制作方法歸納起來有兩種：機械加工方法和光學加工方法。機械加工方法主要有[1]：光纖拉制（drawing of fiber lenses）、超精度研磨（ultraprecision grinding）、注模（moulding）、金剛石車削（diamond turning）等。光學加工方法就是光刻（photolithography）。機械加工方法的優(yōu)點是工藝過程簡單，缺點是難于實現(xiàn)陣列型器件和大規(guī)模廉價復制，而且不易制作非旋轉(zhuǎn)對稱微光學元件，如柱面透鏡、任意不規(guī)則面型微光學。光學加工方法的優(yōu)點是：能實現(xiàn)任意不規(guī)則面型透鏡（尤其是二元微光學元件更是如此），可以大規(guī)模復制、缺點是工藝復雜、對環(huán)境要求較高。光學光刻可實現(xiàn)二元衍射微光學元件和連續(xù)面形微光學元件，主要有二元光學方法、掩模移動法、灰階掩模法、熱熔法和梯度折射率方法等。圖1是采用光刻方法加工8臺階二元衍射微光學元件的加工工藝原理，采用三塊不同頻率的掩模，通過三次甩膠、曝光、顯影、刻蝕等工藝實現(xiàn)95%衍射效率的微光學元件。圖2是采用掩模移動法制作連續(xù)面形微光學陣列元件，首先根據(jù)要求的面形設(shè)計掩模，然后在曝光過程中通過移動掩模，實現(xiàn)各部分的不同曝光量，最后通過顯影、反應(yīng)離子刻蝕，將光刻膠的面形傳遞到光學表面材料上�；译A掩模法是根據(jù)微光學元件所需面型，對掩模進行灰階編碼，形成相應(yīng)的光強透過率分布函數(shù)，通過一次曝光、顯影，即可得到相應(yīng)的光刻膠面形，最后通過刻蝕，得到光學材料上的面形，如圖3所示。熱熔法是通過曝光后光刻膠的表面張力作用的收縮，形成面形，如圖4所示。這幾種方法中，熱熔法由于面形不容易控制和難于制作不規(guī)則面形而應(yīng)用領(lǐng)域受到限制，二元衍射方法雖然能實現(xiàn)各種復雜面形而得到廣泛應(yīng)用，但受到光刻線寬分辨率的限制而不能制作較大數(shù)值的微光學元件；掩模移動法能制作較大數(shù)值孔徑元件但難于制作不具有中心對稱或旋轉(zhuǎn)對稱元件�；译A掩模法具有設(shè)計靈活、能制作任意面形的微光學元件，但是掩模制作過程中數(shù)據(jù)量較大，難于精確地控制面形�？偟恼f來，二元衍射方法適合于小數(shù)值孔徑微光學元件而連續(xù)面形方法適合于制作大數(shù)值、小口徑微光學元件。
