（2）设计自由度高

在元件的设计过程中，通过改变其波带宽度，槽宽，槽深及槽形结构等理论上可以产生任意波阵面，相对于传统光学元件只能通过改变曲率半径和透镜材料来改变波阵面，二元光学元件的设计变量有所增加，有着更大的设计自由度，而且可以实现传统光学系统难以实现的功能。

（3）色散性能好

传统的光学系统，如果想要矫正球差与色差，一般情况下只能通过多个透镜的组可以在一个元件上实现像差矫正，同样可以与传统折射元件相结合，构成折衍混合系统校正像差，既节约了成本，又简化了系统结构。

除此之外，二元衍射光学元件还具有材料可选性宽，造价低，体积小，重量轻等众多优点，在众多领域发挥着巨大作用。

二元光学元件主要在以下几个领域有着广泛应用[7]：源:自~751·论`文'网·www.751com.cn/

（1）用于图像识别与处理。由二元光学元件制成的图像处理系统对物体的细节具有更高的分辨率和灵敏度，同时体积大大减小。对于二元衍射微透镜来说，其制成的微透镜阵列可以细如发丝，与其他元件相耦合时可以使结构更加紧凑，使新一代的图像处理系统更为实用和有效。

（2）用于生物视觉模拟系统。目前视觉数据计算机评价系统以探测器为基础，形成图像后再对图像进行大量的计算，获得各项特征后再绘图说明。采用二元光学微透镜后，可以把数据加工用处理器直接制作在探测器单元上，制成有效的仿生视觉系统，以代替人工模拟实验。在此基础上，还可以制成自动探测，灵敏度更高的图像传感器。

（3）同时，二元光学元件在三维成像，光通信，图像电话等领域，包括在夜视设备，高强度激光引发核聚变，望远系统等设备与技术都有着广泛应用。

1.1.3  衍射光学元件设计理论的研究现状

1．2  本文主要工作

本文做的主要工作有：

（1）对衍射微光学的相关理论进行阐述，并对衍射微光学元件的设计理论进行分析。

（2）对衍射微透镜的工作原理进行探究，针对标量衍射理论，计算衍射微透镜的输出光场分布。

（3）对比微光学元件设计时所采用的优化算法，从中选取遗传算法作为本文的设计方案，并阐述该算法的操作流程。

（4）运用MATLAB，编写相关函数程序，集合遗传算法工具箱对衍射微透镜的结构参数进行优化；改变设计参数，对比优化结果并分析。

（5）对优化设计的结果，运用MATLAB进行仿真，验证设计参数的正确性。