衍射光學(xué)元件的原理及發(fā)展

　　射光學(xué)元件(DOE：DiffractiveOpticalElements)，是基于光波的衍射理論，利用計算機輔助設(shè)計，并通過半導(dǎo)體芯片制造工藝，在基片上(或傳統(tǒng)光學(xué)器件表面)刻蝕產(chǎn)生臺階型或連續(xù)浮雕結(jié)構(gòu)，形成同軸再現(xiàn)、且具有極高衍射效率的一類光學(xué)元件。衍射光學(xué)元件薄而輕，體積小，還具有高衍射效率、多設(shè)計自由度、良好的熱穩(wěn)定性和獨特的色散特性，是諸多光學(xué)儀器的重要元件。由于衍射總是導(dǎo)致光學(xué)系統(tǒng)的最高分辯率受到限制，傳統(tǒng)的光學(xué)總是盡量避免衍射效應(yīng)造成的不利影響，直到60年代，隨著模擬全息術(shù)和計算機全息圖以及相息圖的發(fā)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(nèi)具有高衍射效率的超精細(xì)結(jié)構(gòu)元件仍面臨困難，因而限制了衍射光學(xué)元件的實際應(yīng)用范圍，到了80年代，由美國MIT林肯實驗室的W.B.Veldkamp領(lǐng)導(dǎo)的研究組首先將制造超大規(guī)模集成電路(VLSI)的光刻技術(shù)引入衍射光學(xué)元件的制作中,提出了“二元光學(xué)”的概念，之后各種新型的加工制作方法不斷涌現(xiàn)，高質(zhì)量的和多功能的衍射光學(xué)元件制作，從而極大的推動了衍射光學(xué)元件的發(fā)展。衍射光學(xué)元件

　　衍射光學(xué)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(xiàn)離軸照明的理想元件。一般用于光刻系統(tǒng)離軸照明的DOE，其子單元個數(shù)需<10，設(shè)計數(shù)據(jù)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(dāng)光穿過一個小孔或經(jīng)過一個輪廓分明的邊緣時，沿小孔邊緣產(chǎn)生了干涉圖形，結(jié)果得到了一個模糊的圖像，而不是希望出現(xiàn)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(xiàn)象被稱做衍射。

　　衍射效率

　　衍射效率是評價衍射光學(xué)元件以及含有衍射光學(xué)元件的折衍射混合光學(xué)系統(tǒng)的重要指標(biāo)之一。光線通過衍射光學(xué)元件后，會產(chǎn)生多個衍射級次，一般只是關(guān)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(xué)元件的衍射效率直接影響到衍射光學(xué)元件的成像質(zhì)量，對衍射光學(xué)元件衍射效率的精確測量是十分必要的

　　由于衍射光學(xué)元件及其靈活的控制波前，集多功能與一體和可復(fù)制的優(yōu)良特性視光學(xué)系統(tǒng)及器件向輕型化，微型化和集成化發(fā)展。到了90年代至今，衍射光學(xué)元件的研究已成為光學(xué)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(fā)生器，光學(xué)互連，光學(xué)平行計算，衛(wèi)星光通信等方面。

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