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      衍射光學元件的原理及發展

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      衍射光學元件的原理及發展

      發布日期:2020-04-28 作者: 點擊:

        射光學元件(DOE:DiffractiveOpticalElements),是基于光波的衍射理論,利用計算機輔助設計,并通過半導體芯片制造工藝,在基片上(或傳統光學器件表面)刻蝕產生臺階型或連續浮雕結構,形成同軸再現、且具有極高衍射效率的一類光學元件。衍射光學元件薄而輕,體積小,還具有高衍射效率、多設計自由度、良好的熱穩定性和獨特的色散特性,是諸多光學儀器的重要元件。由于衍射總是導致光學系統的最高分辯率受到限制,傳統的光學總是盡量避免衍射效應造成的不利影響,直到60年代,隨著模擬全息術和計算機全息圖以及相息圖的發明和成功地制作引起了觀念上的重大變革。到了70年代,盡管計算機全息圖和相息圖的技日臻完善,但是制作在可見光和近紅外光波段內具有高衍射效率的超精細結構元件仍面臨困難,因而限制了衍射光學元件的實際應用范圍,到了80年代,由美國MIT林肯實驗室的W.B.Veldkamp領導的研究組首先將制造超大規模集成電路(VLSI)的光刻技術引入衍射光學元件的制作中,提出了“二元光學”的概念,之后各種新型的加工制作方法不斷涌現,高質量的和多功能的衍射光學元件制作,從而極大的推動了衍射光學元件的發展。衍射光學元件

        衍射光學元件的特點

        DOE的特點則是能夠在保持較高衍射效率的同時對光強分布進行精確控制,因此DOE成為實現離軸照明的理想元件。一般用于光刻系統離軸照明的DOE,其子單元個數需<10,設計數據量較大,單元尺寸達到微米甚至是亞微米量級。

        衍射的概念

        光沿著直線傳播,當光穿過一個小孔或經過一個輪廓分明的邊緣時,沿小孔邊緣產生了干涉圖形,結果得到了一個模糊的圖像,而不是希望出現在光和陰影之間的清晰邊緣,光看上去沿狹縫邊緣彎曲了。這種現象被稱做衍射。

        衍射效率

        衍射效率是評價衍射光學元件以及含有衍射光學元件的折衍射混合光學系統的重要指標之一。光線通過衍射光學元件后,會產生多個衍射級次,一般只是關注主衍射級次的光線,其他衍射級次的光線在主衍射級像面上形成雜散光,降低像面的對比度。因此,衍射光學元件的衍射效率直接影響到衍射光學元件的成像質量,對衍射光學元件衍射效率的精確測量是十分必要的

        由于衍射光學元件及其靈活的控制波前,集多功能與一體和可復制的優良特性視光學系統及器件向輕型化,微型化和集成化發展。到了90年代至今,衍射光學元件的研究已成為光學界的前沿工作。這些元件可廣泛運用于激光波面的矯正,光束剖面成形,光束陣列發生器,光學互連,光學平行計算,衛星光通信等方面。

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