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本文主要研究和发展了衍射微光学元件（Diffractive Optical Element，DOE）的仿真设计方法以及对应的由单步电子束光刻和低成本的两步法各向异性湿法腐蚀组成的工艺制作技术；设计了若干个功能化DOE结构，用于模拟和再现透射的红外波段的湍流波前，生成任意的多光谱图像以及对宽谱入射光场进行频谱空间展开；完成了若干DOE器件的光学性能测试。本文主要工作如下： （1）完成了DOE器件的设计与建模仿真。采用瑞利-索末菲衍射理论和角谱理论来模拟衍射传播过程，而光波从输入面到输出面的迭代传输进程则采用改进的盖师贝格-萨克斯通算法（Gerchberg-Saxton Algorithm,GS算法）来设计。基于硅的KOH:H2O各向异性湿法化学腐蚀特性，一种快速低成本的标准半导体工艺则用于制造DOE器件。所设计的元件主要用于形成与大气流场（如典型的湍流）相关的远场图案，其振幅和相位都能有效地得到控制。所制造的红外 DOE元件，通过在DOE表面形成良好的具有一定尺寸和深度的相位微结构，把普通的高斯光束转换成所需要的经大气湍流环境影响后的图形。实验表明该相位微结构能有效地产生和再现湍流波前。 （2）研究并提出了一种高光谱成像探测阵列技术，通过将阵列化DOE器件与红外探测器集成，能够驱动宽谱入射光场中所选的波长成分至指定的子探测器上。DOE器件收集入射高斯光束或其它源于目标任意类型的红外入射光，并基于相位变换和衍射传播过程将入射光场在成像面上聚焦成单色点图案或其它任意形状的高光谱图像。对于宽谱入射光场，阵列化的DOE器件是基于衍射传播理论来设计，并采用加权迭代傅里叶变换算法（Weighted Iterative Fourier Transform Algorithm, WIFTA）建模仿真以得到其所需相位分布，从而所设计的架构会将入射光场中的每个波长成分分离到焦平面上的不同位置，然后放置探测器阵列与其耦合从而达到分光成像的目的。 本文基于Matlab完成了多种红外DOE器件的仿真设计。所设计的DOE器件，能有效产生预期的红外波段的湍流透射波前，用于模拟大气湍流中的光场分布情况。并且该器件能有效实现宽谱入射光中设计波长的空间分离，从而能够通过选择和驱动特定的波长成分在焦平面的指定位置实现谱成像。