衍射光學元件（DOE）是通(tong)過表面的(de)浮(fu)雕結構對入射光相位進行調制，在輸出面得到任意形狀(zhuang)光斑(ban)的(de)一類(lei)光學器件。

衍射(she)光(guang)學(xue)元(yuan)件以其(qi)優良的性(xing)能，成為光(guang)學(xue)界(jie)的研究(jiu)熱點。但是由(you)于精密技術及(ji)超精密技術的發展限制(zhi)(zhi)，衍射(she)光(guang)學(xue)元(yuan)件的制(zhi)(zhi)備也(ye)受到了(le)限制(zhi)(zhi)。

衍(yan)射光(guang)學元件不僅(jin)具有體積小(xiao)、重量輕的優(you)點(dian)，并且在傳統衍(yan)射光(guang)學元件的基礎(chu)上又(you)多(duo)了許多(duo)新功能：

高衍射效率

作為一種(zhong)純相(xiang)位(wei)調制(zhi)的光學(xue)器件，若衍(yan)射(she)光學(xue)元件表面浮雕結構的位(wei)相(xiang)是連(lian)續(xu)的，則具有高衍(yan)射(she)效率的性(xing)能(neng)。研究者(zhe)通常將這(zhe)種(zhong)連(lian)續(xu)的位(wei)相(xiang)通過(guo)二進制(zhi)量化來獲(huo)得多臺階位(wei)相(xiang)，盡(jin)可能(neng)地接近連(lian)續(xu)位(wei)相(xiang)值。

色散性好

當(dang)用多(duo)色光(guang)(guang)照射(she)衍(yan)(yan)射(she)光(guang)(guang)學(xue)(xue)(xue)元(yuan)件(jian)時，其呈(cheng)現的色散特性(xing)與傳統(tong)折射(she)型器(qi)件(jian)相反。因(yin)此可以(yi)將衍(yan)(yan)射(she)光(guang)(guang)學(xue)(xue)(xue)元(yuan)件(jian)放到傳統(tong)的光(guang)(guang)學(xue)(xue)(xue)系(xi)統(tong)里，構成(cheng)混合光(guang)(guang)學(xue)(xue)(xue)系(xi)統(tong)，這種系(xi)統(tong)可以(yi)有效的消除色差，改善成(cheng)像質(zhi)量。

設計自由度大

在設(she)計傳統折射(she)光(guang)學(xue)(xue)元(yuan)(yuan)件(jian)時(shi)，一般(ban)僅通過改變的(de)其(qi)曲率或(huo)材料來(lai)得到期望的(de)光(guang)斑(ban)，因此傳統元(yuan)(yuan)件(jian)僅能夠設(she)計較(jiao)為簡單(dan)的(de)輸出(chu)面光(guang)斑(ban)。而(er)衍射(she)光(guang)學(xue)(xue)元(yuan)(yuan)件(jian)可(ke)以(yi)通過改變浮雕結構、深度等(deng)得到任意(yi)形狀的(de)輸出(chu)面光(guang)斑(ban)。因此衍射(she)光(guang)學(xue)(xue)元(yuan)(yuan)件(jian)在設(she)計自由度上優(you)于傳統光(guang)學(xue)(xue)元(yuan)(yuan)件(jian)。

材料可選性多

可以(yi)將衍(yan)射(she)光(guang)學(xue)元件的面(mian)形結(jie)構(gou)刻蝕在石英材(cai)料、電介(jie)質(zhi)、金屬材(cai)料和一些光(guang)學(xue)性質(zhi)不理想紅外(wai)材(cai)料（如 ZnSe 和 Si）上，而傳統光(guang)學(xue)一般不會選擇這些半導體材(cai)料。此外(wai)，衍(yan)射(she)光(guang)學(xue)元件還可以(yi)利(li)用(yong)這些紅外(wai)材(cai)料在寬波段(duan)上消(xiao)除色差。

光學功能多

衍射光學元件(jian)可以產生(sheng)球(qiu)面(mian)(mian)(mian)、非(fei)球(qiu)面(mian)(mian)(mian)、環形(xing)面(mian)(mian)(mian)、錐形(xing)面(mian)(mian)(mian)等任(ren)意期望的波(bo)面(mian)(mian)(mian)。與傳統光學器(qi)件(jian)相比，大(da)(da)大(da)(da)增(zeng)加了(le)應用功能。

相關應用

由于衍射(she)光(guang)學(xue)元件有許多特(te)殊(shu)的(de)(de)功(gong)能，可以將其與傳(chuan)統(tong)(tong)(tong)折射(she)光(guang)學(xue)器件結(jie)合，即構成折衍混合光(guang)學(xue)系統(tong)(tong)(tong)( HOS) ，衍射(she)光(guang)學(xue)和傳(chuan)統(tong)(tong)(tong)光(guang)學(xue)的(de)(de)結(jie)合可以減(jian)小系統(tong)(tong)(tong)色散、提(ti)高光(guang)學(xue)系統(tong)(tong)(tong)的(de)(de)成像質量，縮小系統(tong)(tong)(tong)體積，促(cu)進光(guang)學(xue)系統(tong)(tong)(tong)的(de)(de)智能化、輕型化。

由于衍(yan)射(she)光(guang)(guang)學(xue)元(yuan)件(jian)與傳(chuan)統折射(she)型光(guang)(guang)學(xue)器(qi)件(jian)具有相反(fan)的色(se)散(san)特性(xing)，將(jiang)其與傳(chuan)統光(guang)(guang)學(xue)系統相結合，相當于在系統中添加(jia)了一(yi)種具有負色(se)散(san)特性(xing)的材料，因此可(ke)以達到消除色(se)差的效果。

在頭(tou)盔(kui)顯示(shi)光(guang)學(xue)領域，衍(yan)射光(guang)學(xue)元件發揮著重要(yao)的(de)(de)作用。傳統(tong)(tong)的(de)(de)光(guang)學(xue)系統(tong)(tong)不能同時滿足(zu)頭(tou)盔(kui)顯示(shi)器(qi)的(de)(de)各項要(yao)求，如大視(shi)場(chang)角、高(gao)分辨率、體積小(xiao)、重量輕(qing)等。隨著衍(yan)射光(guang)學(xue)元件的(de)(de)不斷(duan)發展(zhan)，衍(yan)射光(guang)學(xue)元件也越(yue)來越(yue)多的(de)(de)應用到各種頭(tou)盔(kui)顯示(shi)系統(tong)(tong)如夜視(shi)儀、透視(shi)儀中，這促進了頭(tou)盔(kui)顯示(shi)系統(tong)(tong)的(de)(de)小(xiao)型(xing)化(hua)輕(qing)型(xing)化(hua)發展(zhan)。

由于(yu)衍射光學元件獨特的色(se)散特性，因此折(zhe)衍混(hun)合系統在頭盔顯示器(qi)中的使用，達到了其對高分辨(bian)率、大(da)視場角的要求。

衍(yan)(yan)(yan)射(she)光(guang)學(xue)(xue)元件(jian)廣泛應用于激光(guang)分束(shu)(shu)(shu)領(ling)(ling)域 。激光(guang)分束(shu)(shu)(shu)器(qi)衍(yan)(yan)(yan)射(she)光(guang)學(xue)(xue)元件(jian)可將一(yi)束(shu)(shu)(shu)光(guang)分成多束(shu)(shu)(shu)光(guang)輸(shu)出(chu)，且(qie)輸(shu)出(chu)光(guang)束(shu)(shu)(shu)與入射(she)光(guang)束(shu)(shu)(shu)具有(you)相同的(de)光(guang)學(xue)(xue)特性。通過合(he)理(li)設(she)計衍(yan)(yan)(yan)射(she)光(guang)學(xue)(xue)元件(jian)表面的(de)浮雕結(jie)構，分束(shu)(shu)(shu)器(qi)可以(yi)產(chan)生一(yi)維點陣(zhen)(zhen)、二(er)維點陣(zhen)(zhen)等，以(yi)達到不同領(ling)(ling)域的(de)需求。衍(yan)(yan)(yan)射(she)光(guang)學(xue)(xue)元件(jian)在激光(guang)分束(shu)(shu)(shu)器(qi)領(ling)(ling)域的(de)應用，滿足(zu)了激光(guang)器(qi)對(dui)高(gao)衍(yan)(yan)(yan)射(she)效率(lv)、高(gao)均(jun)勻性的(de)要求，進(jin)(jin)一(yi)步促進(jin)(jin)了分束(shu)(shu)(shu)器(qi)的(de)廣泛性。

衍射(she)光(guang)學(xue)元件廣泛應(ying)用(yong)于(yu)光(guang)束整(zheng)形領(ling)域 。光(guang)束整(zheng)形技術可以改變入射(she)光(guang)在輸出面的(de)光(guang)斑(ban)分布、聚焦(jiao)光(guang)斑(ban)的(de)尺(chi)寸、焦(jiao)深等。

比如光(guang)束整形(xing)技術可(ke)以將(jiang)入(ru)射(she)光(guang)整形(xing)成線形(xing)、矩形(xing)、環形(xing)等任意能量(liang)均(jun)勻分布的(de)(de)光(guang)斑(ban)，還可(ke)以通過設計合適的(de)(de)相位(wei)分布，將(jiang)入(ru)射(she)光(guang)整形(xing)成焦斑(ban)小、焦深長的(de)(de)整形(xing)光(guang)束。擴大了光(guang)束整形(xing)器件在工藝、醫療、商業等領域的(de)(de)應用范圍(wei)。

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