衍射光(guang)學(xue)元件（DOE）是通過(guo)表面(mian)的浮雕結構對(dui)入射光(guang)相(xiang)位進行調制，在輸出面(mian)得(de)到任意形狀光(guang)斑的一類光(guang)學(xue)器件。

衍射(she)(she)光(guang)學(xue)元件(jian)以(yi)其優良的性能，成為(wei)光(guang)學(xue)界的研(yan)究(jiu)熱點(dian)。但是(shi)由于精(jing)密技(ji)(ji)術及超精(jing)密技(ji)(ji)術的發展限制(zhi)，衍射(she)(she)光(guang)學(xue)元件(jian)的制(zhi)備也受到了限制(zhi)。

衍射(she)光學元(yuan)件(jian)不僅具有體積小、重(zhong)量輕的優點，并且在傳(chuan)統衍射(she)光學元(yuan)件(jian)的基(ji)礎上又多(duo)了許多(duo)新功能(neng)：

高衍射效率

作為(wei)一(yi)種(zhong)純相位調制的(de)(de)(de)光學器件，若衍射光學元件表面浮(fu)雕(diao)結構的(de)(de)(de)位相是連續(xu)的(de)(de)(de)，則具有高衍射效(xiao)率的(de)(de)(de)性(xing)能(neng)。研(yan)究者通常將這種(zhong)連續(xu)的(de)(de)(de)位相通過二進制量化來獲得多臺階(jie)位相，盡可(ke)能(neng)地接近連續(xu)位相值。

色散性好

當用多(duo)色光(guang)(guang)照射(she)衍射(she)光(guang)(guang)學(xue)元件(jian)(jian)時(shi)，其呈現的色散特(te)性與(yu)傳統(tong)折(zhe)射(she)型器件(jian)(jian)相反。因此可(ke)以(yi)將衍射(she)光(guang)(guang)學(xue)元件(jian)(jian)放到(dao)傳統(tong)的光(guang)(guang)學(xue)系統(tong)里(li)，構成混合光(guang)(guang)學(xue)系統(tong)，這種(zhong)系統(tong)可(ke)以(yi)有效的消(xiao)除色差，改善成像質量。

設計自由度大

在(zai)(zai)設(she)計(ji)(ji)傳(chuan)統折射光(guang)(guang)(guang)學元(yuan)件時(shi)，一(yi)般僅通(tong)過改變(bian)的(de)其曲率或材料來得(de)到期望的(de)光(guang)(guang)(guang)斑(ban)，因此傳(chuan)統元(yuan)件僅能夠設(she)計(ji)(ji)較為簡單的(de)輸(shu)出(chu)面光(guang)(guang)(guang)斑(ban)。而衍射光(guang)(guang)(guang)學元(yuan)件可以通(tong)過改變(bian)浮雕結構、深度(du)等得(de)到任意形狀(zhuang)的(de)輸(shu)出(chu)面光(guang)(guang)(guang)斑(ban)。因此衍射光(guang)(guang)(guang)學元(yuan)件在(zai)(zai)設(she)計(ji)(ji)自由度(du)上優于傳(chuan)統光(guang)(guang)(guang)學元(yuan)件。

材料可選性多

可以將衍(yan)射光(guang)學(xue)元件的面(mian)形結構(gou)刻蝕在石英材(cai)(cai)(cai)料(liao)、電(dian)介質、金屬材(cai)(cai)(cai)料(liao)和一些(xie)光(guang)學(xue)性質不(bu)理想紅外(wai)材(cai)(cai)(cai)料(liao)（如 ZnSe 和 Si）上，而傳(chuan)統光(guang)學(xue)一般(ban)不(bu)會選擇這些(xie)半(ban)導體材(cai)(cai)(cai)料(liao)。此外(wai)，衍(yan)射光(guang)學(xue)元件還可以利用這些(xie)紅外(wai)材(cai)(cai)(cai)料(liao)在寬(kuan)波段上消除(chu)色差(cha)。

光學功能多

衍射光學(xue)元件可以(yi)產生球(qiu)面(mian)、非球(qiu)面(mian)、環形(xing)面(mian)、錐(zhui)形(xing)面(mian)等任意期(qi)望的波面(mian)。與傳(chuan)統(tong)光學(xue)器件相比，大(da)(da)大(da)(da)增加了應用功能。

相關應用

由于衍射(she)(she)光學(xue)元(yuan)件有許(xu)多特殊(shu)的功能，可以將其與(yu)傳(chuan)(chuan)統(tong)(tong)折射(she)(she)光學(xue)器(qi)件結(jie)合，即構成折衍混合光學(xue)系(xi)統(tong)(tong)( HOS) ，衍射(she)(she)光學(xue)和(he)傳(chuan)(chuan)統(tong)(tong)光學(xue)的結(jie)合可以減(jian)小系(xi)統(tong)(tong)色散、提高(gao)光學(xue)系(xi)統(tong)(tong)的成像質量，縮小系(xi)統(tong)(tong)體(ti)積，促進光學(xue)系(xi)統(tong)(tong)的智(zhi)能化(hua)、輕型化(hua)。

由于衍射(she)光學(xue)元件(jian)與傳統(tong)折射(she)型光學(xue)器件(jian)具有相反的色散(san)特性，將其與傳統(tong)光學(xue)系統(tong)相結(jie)合，相當于在系統(tong)中添加了一種具有負色散(san)特性的材料，因(yin)此可(ke)以達(da)到消除色差的效果。

在(zai)頭(tou)(tou)盔顯示(shi)光(guang)(guang)(guang)學(xue)領(ling)域，衍(yan)射光(guang)(guang)(guang)學(xue)元(yuan)件發(fa)揮著重(zhong)要(yao)的(de)作(zuo)用(yong)。傳統(tong)的(de)光(guang)(guang)(guang)學(xue)系統(tong)不(bu)能同(tong)時(shi)滿足頭(tou)(tou)盔顯示(shi)器的(de)各(ge)項要(yao)求，如(ru)大視(shi)場(chang)角、高(gao)分辨(bian)率、體積小、重(zhong)量輕等。隨著衍(yan)射光(guang)(guang)(guang)學(xue)元(yuan)件的(de)不(bu)斷發(fa)展，衍(yan)射光(guang)(guang)(guang)學(xue)元(yuan)件也越(yue)來越(yue)多的(de)應用(yong)到各(ge)種頭(tou)(tou)盔顯示(shi)系統(tong)如(ru)夜視(shi)儀(yi)、透視(shi)儀(yi)中，這促進了頭(tou)(tou)盔顯示(shi)系統(tong)的(de)小型(xing)化輕型(xing)化發(fa)展。

由于衍射光學元件獨(du)特(te)(te)的色散特(te)(te)性，因此折衍混合系統在(zai)頭盔顯示(shi)器中的使用，達到了其對高分辨(bian)率、大視場角的要(yao)求。

衍射(she)光(guang)學(xue)(xue)元(yuan)件廣泛(fan)應用(yong)于激(ji)(ji)光(guang)分(fen)束領(ling)域 。激(ji)(ji)光(guang)分(fen)束器衍射(she)光(guang)學(xue)(xue)元(yuan)件可(ke)將一(yi)束光(guang)分(fen)成(cheng)多束光(guang)輸出，且輸出光(guang)束與入射(she)光(guang)束具有(you)相同(tong)的(de)光(guang)學(xue)(xue)特性(xing)。通(tong)過合理設(she)計衍射(she)光(guang)學(xue)(xue)元(yuan)件表面的(de)浮雕結構(gou)，分(fen)束器可(ke)以(yi)(yi)產生一(yi)維點(dian)陣(zhen)、二維點(dian)陣(zhen)等，以(yi)(yi)達到不同(tong)領(ling)域的(de)需求。衍射(she)光(guang)學(xue)(xue)元(yuan)件在激(ji)(ji)光(guang)分(fen)束器領(ling)域的(de)應用(yong)，滿足了激(ji)(ji)光(guang)器對高衍射(she)效(xiao)率、高均勻性(xing)的(de)要求，進一(yi)步促進了分(fen)束器的(de)廣泛(fan)性(xing)。

衍射(she)光(guang)學元件廣(guang)泛應(ying)用于光(guang)束(shu)整形(xing)領(ling)域 。光(guang)束(shu)整形(xing)技(ji)術可以改變入(ru)射(she)光(guang)在輸出面的光(guang)斑分布、聚焦光(guang)斑的尺寸(cun)、焦深等(deng)。

比如光(guang)(guang)束(shu)整(zheng)形技術可以將(jiang)入(ru)射光(guang)(guang)整(zheng)形成線形、矩形、環形等任意能量(liang)均勻分布(bu)的光(guang)(guang)斑(ban)，還(huan)可以通(tong)過設計合適的相(xiang)位分布(bu)，將(jiang)入(ru)射光(guang)(guang)整(zheng)形成焦斑(ban)小(xiao)、焦深長的整(zheng)形光(guang)(guang)束(shu)。擴大了光(guang)(guang)束(shu)整(zheng)形器件在工藝、醫療、商業等領(ling)域的應(ying)用范(fan)圍(wei)。

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