二元光学元件不仅是制造微光机电系统的关键元器件,而且是制造小型光电子系统的关键元器件。它不仅具有尺寸小、性价比高等优点,并且能够实现普通光学元器件难以实现的阵列、转换、成像和集成等新功能。随着科学技术的迅猛发展,二元光学元件已显示出越来越重要的应用价值和广阔的应用前景,同时对二元光学元件的加工与应用提出了越来越高的要求。透明陶瓷凭借其出众的物理化学性能,具有和玻璃相比拟的优异光学性能,成为材料领域研究的新宠,已显现出良好的应用前景和重要作用,其应用领域也在不断为人们所开拓。本论文针对二元光学元件的众多优点之一——宽广的材料可选性,展开探索性研究,尝试以透明陶瓷为基底材料来代替常见的基材,制作二元光学元件。目前常见的二元光学元件基材有硅片、玻璃等,它们有着各自的优点,但在日常使用中也暴露一定的不足。透明陶瓷拥有高强度、耐高温、耐酸碱腐蚀等特性,在多波段、宽光谱内拥有良好的透明性,即使在远红外区仍有80%的直线透过率。用透明陶瓷作为元件基底材料,能够使得光学元件在更为复杂、苛刻的环境中发挥作用,拓宽了二元光学元件的应用范围。鉴于透明陶瓷固有的特性,本文采用“加法”和“减法”两种方案进行研究。“加法”方案中,鉴于透明陶瓷耐酸碱腐蚀的特性,结合光刻中的“加法”工艺,首先通过磁控溅射镀膜技术在透明陶瓷表面溅射一层金属膜。金属膜与透明陶瓷结合牢固。借助数字微光刻技术和接触式光刻技术实现元件结构的转印,使得元件留在金属膜层。这样既使得二元光学元件能够发挥作用,又让透明陶瓷的优异特性得以保留。“减法”方案用于进一步探索。借助感应耦合等离子体刻蚀系统,以金属膜层为硬掩模,进一步刻蚀透明陶瓷。另外,采用飞秒激光直接在透明陶瓷本体表面烧蚀二元光学元件。本文采用多种二元光学元件进行实验,包括一维光栅、正交光栅、达曼光栅、方形波带片和菲涅耳波带片等基本元件,同时也有自主设计的、由电脑编程实现的二元全息图和涡旋光束元件。从多方面验证了以透明陶瓷制作二元光学元件的可行性。借助光学轮廓仪和显微镜对实验结果进行分析,并重现了样品元件的衍射图样。