二元光学的光学发展
光学是一门古老的科学。自伽利略发明望远镜以来，光学已经走过了几百年的漫长道路。20世纪60年代激光的出现促进了光学技术的迅速发展。然而，传统的基于折反射原理的光学元件(器件)，如透镜、棱镜等，都是通过机械铣、磨、抛光等工艺制成，不仅制造工艺复杂，而且尺寸大、重量重。目前，在光机电一体化的趋势下，仪器变得臃肿笨重。开发小型、高效、阵列化的光学元件是光学界的迫切任务。20世纪80年代中期，美国麻省理工学院林肯实验室的Veldkamp领导的研究小组在设计新的传感系统中率先提出了“二元光学”的概念。他当时描述说:“现在有一个光学的分支，和传统的制造方法几乎完全不同。这是衍射光学，其光学元件表面有浮雕结构；因为用的是原来制作集成电路的制作方法，用的掩膜是二进制的，掩膜是以二进制编码的形式分层的，所以引入了二元光学的概念。”随后，二元光学不仅作为一门技术，而且作为一门学科，迅速引起了学术界和工业界的关注，在世界范围内掀起了二元光学的研究热潮。
20世纪90年代初，二元光学在国际研究热潮中兴起，同时引起学术界和工业界的极大兴趣和青睐。微光学发展的两个主要分支是:
(1)基于折射原理的梯度折射率光学，
(2)基于衍射原理的二元光学。80年代中期，DARPA为麻省理工学院林肯实验室赞助了一个名为“二元光学”的项目，其研究目标是:
(1)开发一种基于微电子制造工艺的光学技术，以节省资金和劳动力，在设计和材料选择上获得更大的自由度，开发新的光学功能元件；
(2)推动整个光电系统的计算机辅助设计；
(3)衍射光学技术在美国工业中得到广泛应用。随着二元光学技术的发展，二元光学元件已经广泛应用于光学传感、光通信、光计算、数据存储、激光医学、娱乐消费等特殊系统中。或许可以说它的发展经历了三代。在第一代中，人们利用二元光学技术对传统的折射型光学元件进行改进，以提高其常规性能，实现普通光学元件无法实现的特殊功能。这种元件主要用于相位差校正和消色差。通常，衍射图案蚀刻在球面折射透镜的一个表面上，以在更宽的波段内实现折射/衍射复合消色差和消色差。比如美国Perkin-Elmer公司已经成功使用施密特望远镜消除球差；在远红外系统中，美国Honey-well公司已经实现了复消色差效果，他们还利用二元光学技术制作了小型光盘读写头。此外，二元光学元件可以产生任意的波前来实现许多特殊的功能，具有重要的应用价值。如材料加工和表面热处理中的光束整形元件、医疗仪器中的He-Ne激光聚焦校正器、光学并行加工系统中的光学互连元件(等强度分束达曼光栅)、辐射聚焦器件等。
二元光学元件的第一代应用技术已经成熟，世界上有50多家公司正在设计使用混合特殊功能元件的新型光学系统。
第二代主要用于微光学元件和微光学阵列。80年代末，二元光学进入微光学领域，向小型化和阵列化发展，元件尺寸从十几个微米到1 mm..用二元光学方法制作的高密度微透镜阵列衍射效率高，可以实现衍射受限成像。此外，当刻蚀深度超过几个波长时，微透镜阵列表现出普通折射元件的特性，具有独特的优势:阵列结构灵活，可排列成矩阵、圆形或密排六边形；它可以生产各种轮廓形状的透镜表面，如抛物面、椭圆面和合成面。阵列透镜的“死区”可以减小到零(即填充因子达到100%)。这种高质量的衍射或折射微透镜阵列在光通信、光信息处理、光存储和激光束扫描等领域有着重要的应用。例如，二元微光学元件可用作望远混合光学系统、智能光束控制、多通道处理、探测器阵列和多通道微传感系统中的自适应光学互连。目前正在发展的第三代，以多层或三维集成微光学为目标，在成像和复杂光学互连中进行光束变换和控制。多层微光学可以将光的转换、探测和处理集于一体，形成多功能的集成光电处理器。这一发展将使图像传感器能够根据不同的光强进行适应性调整，检测目标的运动，并自动确定目标在背景中的位置。Veldkamp将这种新的二元光学技术与量子阱激光阵列或种子器件以及CMOS模拟电子技术相结合，提出了“Amacronic”的思想，将焦平面结构与本地处理单元相耦合，模拟对视网膜膜上无轴突神经元的近距离探测。该系统具有边缘增强、动态范围压缩和神经网络功能。这一代微光学技术的典型应用是多层光电网络处理器。这是一种焦平面预处理技术，利用二元光学元件提供灵活的反馈和非线性预处理能力。探测器硅衬底上的微透镜阵列将入射信号光聚焦在阵列探测器的有源区，衬底的集成电路利用会聚的光激发砷化镓铟二极管发光，发射光波的第二平面应时衬底两侧的衍射元件被导向第三平面硅衬底上的阵列探测器，二极管经集成电路处理后被激发发光...等等，以获得处理后的信号。这种多层焦平面预处理器的每一层都采用微光学阵列实现互连耦合，为传感器的小型化、集成化和智能化开辟了新的途径。发展趋势二元光学是基于衍射理论、计算机辅助设计和微加工技术的光学领域前沿科学之一。超细结构衍射元件的设计和加工是发展二元光学的关键技术。二元光学的发展不仅使光学系统的设计和加工技术发生了深刻的变化，而且其总体发展趋势是未来微光学、微电子和微机械的集成技术和高性能集成系统。