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衍射光学元件的原理及发展

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衍射光学元件的原理及发展

发布日期:2020-04-28 作者: 点击:

  射光学元件(DOE:DiffractiveOpticalElements),是基于光波的衍射理论,利用计算机辅助设计,并通过半导体芯片制造工艺,在基片上(或传统光学器件表面)刻蚀产生台阶型或连续浮雕结构,形成同轴再现、且具有极高衍射效率的一类光学元件。衍射光学元件薄而轻,体积小,还具有高衍射效率、多设计自由度、良好的热稳定性和独特的色散特性,是诸多光学仪器的重要元件。由于衍射总是导致光学系统的最高分辩率受到限制,传统的光学总是尽量避免衍射效应造成的不利影响,直到60年代,随着模拟全息术和计算机全息图以及相息图的发明和成功地制作引起了观念上的重大变革。到了70年代,尽管计算机全息图和相息图的技日臻完善,但是制作在可见光和近红外光波段内具有高衍射效率的超精细结构元件仍面临困难,因而限制了衍射光学元件的实际应用范围,到了80年代,由美国MIT林肯实验室的W.B.Veldkamp领导的研究组首先将制造超大规模集成电路(VLSI)的光刻技术引入衍射光学元件的制作中,提出了“二元光学”的概念,之后各种新型的加工制作方法不断涌现,高质量的和多功能的衍射光学元件制作,从而极大的推动了衍射光学元件的发展。衍射光学元件

  衍射光学元件的特点

  DOE的特点则是能够在保持较高衍射效率的同时对光强分布进行精确控制,因此DOE成为实现离轴照明的理想元件。一般用于光刻系统离轴照明的DOE,其子单元个数需<10,设计数据量较大,单元尺寸达到微米甚至是亚微米量级。

  衍射的概念

  光沿着直线传播,当光穿过一个小孔或经过一个轮廓分明的边缘时,沿小孔边缘产生了干涉图形,结果得到了一个模糊的图像,而不是希望出现在光和阴影之间的清晰边缘,光看上去沿狭缝边缘弯曲了。这种现象被称做衍射。

  衍射效率

  衍射效率是评价衍射光学元件以及含有衍射光学元件的折衍射混合光学系统的重要指标之一。光线通过衍射光学元件后,会产生多个衍射级次,一般只是关注主衍射级次的光线,其他衍射级次的光线在主衍射级像面上形成杂散光,降低像面的对比度。因此,衍射光学元件的衍射效率直接影响到衍射光学元件的成像质量,对衍射光学元件衍射效率的精确测量是十分必要的

  由于衍射光学元件及其灵活的控制波前,集多功能与一体和可复制的优良特性视光学系统及器件向轻型化,微型化和集成化发展。到了90年代至今,衍射光学元件的研究已成为光学界的前沿工作。这些元件可广泛运用于激光波面的矫正,光束剖面成形,光束阵列发生器,光学互连,光学平行计算,卫星光通信等方面。

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