衍射光学元件(Diffractive Optical Elements,DOE)是通过表面的浮雕结构对入射光相位进行调制,在输出面得到任意形状光斑的一类光学器件。 /Xv@g$
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衍射光学元件以其优越的性能,成为光学界的研究热点。但是由于精密技术及超精密技术的发展限制,衍射光学元件的制备也受到了限制。 "{d[V(lE"
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衍射光学元件不仅具有体积小、重量轻的优点,并且在传统衍射光学元件的基础上又多了许多新特点: F=f9##Y?7M
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高衍射效率 85Kf>z::c
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作为一种纯相位调制的光学器件,若衍射光学元件表面浮雕结构的位相是连续的,则具有高衍射效率的性能。研究者通常将这种连续的位相通过二进制量化来获得多台阶位相,尽可能地接近连续位相值。 Ik@MIxLK
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色散性好 ;=@?( n
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当用多色光照射衍射光学元件时,其呈现的色散特性与传统折射型器件相反。因此可以将衍射光学元件放到传统的光学系统里,构成混合光学系统,这种系统可以有效的消除色差,改善成像质量。 0UGAc]!/RZ
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设计自由度大 @V@<j)3P
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在设计传统折射光学元件时,一般仅通过改变的其曲率或材料来得到期望的光斑,因此传统元件仅能够设计较为简单的输出面光斑。而衍射光学元件可以通过改变浮雕结构、深度等得到任意形状的输出面光斑。因此衍射光学元件在设计自由度上优于传统光学元件。 IxY!.d_s|~
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材料可选性多 4 XGEw9`3
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可以将衍射光学元件的面形结构刻蚀在石英材料、电介质、金属材料和一些光学性质不理想红外材料(如 ZnSe 和 Si)上,而传统光学一般不会选择这些半导体材料。此外,衍射光学元件还可以利用这些红外材料在宽波段上消除色差。 z5sKV7&\[n
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光学功能多 ?}jjBJ&
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衍射光学元件可以产生球面、非球面、环形面、锥形面等任意期望的波面。与传统光学器件相比,大大增加了应用功能。 }/g1
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相关应用 cCIs~*D
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由于衍射光学元件有许多特殊的功能,可以将其与传统折射光学器件结合,即构成折衍混合光学系统( HOS) ,衍射光学和传统光学的结合可以减小系统色散、提高光学系统的成像质量,缩小系统体积,促进光学系统的智能化、轻型化。 6^FUuj.
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由于衍射光学元件与传统折射型光学器件具有相反的色散特性,将其与传统光学系统相结合,相当于在系统中添加了一种具有负色散特性的材料,因此可以达到消除色差的效果。 9Z3Vf[n5\
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在头盔显示光学领域,衍射光学元件发挥着重要的作用。传统的光学系统不能同时满足头盔显示器的各项要求,如大视场角、高分辨率、体积小、重量轻等。随着衍射光学元件的不断发展,衍射光学元件也越来越多的应用到各种头盔显示系统如夜视仪、透视仪中,这促进了头盔显示系统的小型化轻型化发展。 rKl
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由于衍射光学元件独特的色散特性,因此折衍混合系统在头盔显示器中的使用,达到了其对高分辨率、大视场角的要求。 6']WOM#
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衍射光学元件广泛应用于激光分束领域 。激光分束器衍射光学元件可将一束光分成多束光输出,且输出光束与入射光束具有相同的光学特性。通过合理设计衍射光学元件表面的浮雕结构,分束器可以产生一维点阵、二维点阵等,以达到不同领域的需求。衍射光学元件在激光分束器领域的应用,满足了激光器对高衍射效率、高均匀性的要求,进一步促进了分束器的广泛性。 wB<