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衍射光学元件的介绍

时间:2020-06-06 来源:新特光电 访问量:1034

衍射光学元件(Diffractive Optical Element,DOE)是近几年蓬勃发展的新兴光学元件。DOE通常采用微纳刻蚀工艺构成二维分布的衍射单元,每个衍射单元可以有特定的形貌、折射率等,对激光波前位相分布进行精细调控。激光经过每个衍射单元后发生衍射,并在一定距离(通常为无穷远或透镜焦平面)处产生干涉,形成特定的光强分布。

衍射光学元件问世后在高功率激光、激光加工、激光医疗、显微成像、激光雷达、结构光照明、激光显示等等领域展现了巨大的应用潜力,其优势主要在于:

1) 高效率。精确设计的衍射单元结构可以确保接近100%的激光能量被投射到所需要的图样上,效率大大高于掩膜等手段;

2) 使用便利。衍射光学元件具备非常小的体积和重量,插入光路中即可使用;大多数情况下可配合标准的透镜、场镜、显微物镜等使用;

3) 灵活性。得益于微纳加工技术的长足发展,DOE可以针对不同的激光器或不同的目标光强/位相分布进行订制。同时,DOE应用的光路结构非常简单,在使用中搭配不同的透镜,可实现不同几何尺寸的光斑。

作为一种新型的光学器件,在选择/使用衍射光学元件时需要对它的特性有所了解。

根据不同的用途,DOE通常可以分为光束整形、分束、结构光、多焦、其他特殊光束产生等种类;每种品类有不同的原理、设计和应用特点。一般而言,在选择使用DOE元件之前需注意以下原则:

1) 衍射光学元件产生的光束也不能违背光的传播规律;其构建的特定光强分布只能在一定景深范围内存在。因此在使用时,所需的光斑形貌、尺寸、工作距离、景深等有时不可兼得,需要做出权衡;

2) 衍射光学元件通常依据激光的波长、光束口径、光束模式(M2)、近场强度分布来设计,因此在选择前应较为准确的测量这些参数。使用参数与设计参数不匹配将导致使用效果不佳甚至无法使用;

3) 衍射光学元件对入射光的角度敏感,需要较好的光路调整精度和稳定性;

4) 大部分衍射光学元件对入射激光的波前位相进行精密调控,因此光路中的其他部件如反/ 透射镜片,透镜等要使用高精度、低波差的器件,否则会影响最终的效果;

5) 和常规透射光学元件一样,根据不同的波长、激光强度的要求,衍射光学元件可采用石英、玻璃、宝石、塑料与树脂、ZnSe等红外材料制作,也可镀增透膜。

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