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近年来,光电产业向着微型化、集成化、智能化的方向发展。衍射光学元件(Diffractive Optical Element,DOE)具有独特的性能优势,因此在现代光学系统中被广泛的应用。传统的衍射光学元件一般为两台阶,其加工工艺较为成熟,但是衍射效率低。理论上两台阶、四台阶、八台阶、十六台阶的衍射效率分别为40.5%、81%、94.9%、98.6%。为了提高衍射效率,需要进行多台阶的套刻。尽管多次套刻可以提升衍射效率,但同时带来的套刻对准误差,将会严重降低输出光场的质量。此外,越来越多的应用场景中需要大角度的衍射器件,对应的衍射元件的特征尺寸将降低到百纳米量级,也使得多台阶的套刻变得不可能。本文针对当前衍射光学元件中衍射效率较低、成像质量差的问题,提出采用连续面形的衍射元件来提高衍射效率,从激光分束和光束整形两种典型的衍射元件应用需求出发,开展连续面形衍射光学元件的设计算法和制备工艺研究,基本的思路是通过改进衍射光学元件的设计方法,以此得到连续面形的衍射元件相位分布,再采用移动掩模技术进行连续面形微纳结构的一次成型制备,最终得到高衍射效率的衍射器件。论文的主要工作如下:(1)连续面形分束器的设计算法及加工工艺研究。针对目前分束器衍射效率低的问题,在传统Gerchberg-Saxton(GS)算法的基础上对初始相位的选择和输出面的振幅限制方式进行了改进。分别利用该算法与传统算法设计了9?9分束器,并对设计结果进行了比较。基于实验室的移动掩模技术制备了连续面形1?3分束器和1?9分束器,经实测,其衍射效率和均匀性均优于传统分束器。(2)连续面形光束整形器件的设计算法及加工工艺研究。针对光束整形系统中散斑噪声严重的问题,提出了一种连续面形光束整形器件的设计算法,该算法在传统GS算法的基础上,选择了一种特殊的相位作为初始相位。使得输出光斑在保证高衍射效率的前提下降低散斑噪声。分别利用最优相位和随机相位作为初始相位的GS算法对矩形平顶光束整形器件进行设计,并对比实验结果。利用移动掩模技术制备了连续面形线形、矩形光束整形器件,并进一步分析了工艺参数对厚胶面上的连续面形结构的影响。利用该算法设计了环形平顶光束,采用空间光调制器(Spatial Light Modulator,SLM)搭建实验光路,对本章算法与传统GS算法设计的环形平顶光束实验结果做了对比,并分析了一些实验现象。