衍射光學(xué)元件的介紹

衍射光學(xué)元件（Diffractive Optical Element，DOE）是近幾年蓬勃發(fā)展的新興光學(xué)元件。DOE通常采用微納刻蝕工藝構(gòu)成二維分布的衍射單元，每個衍射單元可以有特定的形貌、折射率等，對激光波前位相分布進(jìn)行精細(xì)調(diào)控。激光經(jīng)過每個衍射單元后發(fā)生衍射，并在一定距離（通常為無窮遠(yuǎn)或透鏡焦平面）處產(chǎn)生干涉，形成特定的光強(qiáng)分布。

衍射光學(xué)元件問世后在高功率激光、激光加工、激光醫(yī)療、顯微成像、激光雷達(dá)、結(jié)構(gòu)光照明、激光顯示等等領(lǐng)域展現(xiàn)了巨大的應(yīng)用潛力，其優(yōu)勢主要在于：

1) 高效率。精確設(shè)計的衍射單元結(jié)構(gòu)可以確保接近100%的激光能量被投射到所需要的圖樣上，效率大大高于掩膜等手段；

2) 使用便利。衍射光學(xué)元件具備非常小的體積和重量，插入光路中即可使用；大多數(shù)情況下可配合標(biāo)準(zhǔn)的透鏡、場鏡、顯微物鏡等使用；

3) 靈活性。得益于微納加工技術(shù)的長足發(fā)展，DOE可以針對不同的激光器或不同的目標(biāo)光強(qiáng)/位相分布進(jìn)行訂制。同時，DOE應(yīng)用的光路結(jié)構(gòu)非常簡單，在使用中搭配不同的透鏡，可實現(xiàn)不同幾何尺寸的光斑。

作為一種新型的光學(xué)器件，在選擇/使用衍射光學(xué)元件時需要對它的特性有所了解。

根據(jù)不同的用途，DOE通?？梢苑譃楣馐?、分束、結(jié)構(gòu)光、多焦、其他特殊光束產(chǎn)生等種類；每種品類有不同的原理、設(shè)計和應(yīng)用特點。一般而言，在選擇使用DOE元件之前需注意以下原則：

1) 衍射光學(xué)元件產(chǎn)生的光束也不能違背光的傳播規(guī)律；其構(gòu)建的特定光強(qiáng)分布只能在一定景深范圍內(nèi)存在。因此在使用時，所需的光斑形貌、尺寸、工作距離、景深等有時不可兼得，需要做出權(quán)衡；

2) 衍射光學(xué)元件通常依據(jù)激光的波長、光束口徑、光束模式（M2）、近場強(qiáng)度分布來設(shè)計，因此在選擇前應(yīng)較為準(zhǔn)確的測量這些參數(shù)。使用參數(shù)與設(shè)計參數(shù)不匹配將導(dǎo)致使用效果不佳甚至無法使用；

3) 衍射光學(xué)元件對入射光的角度敏感，需要較好的光路調(diào)整精度和穩(wěn)定性；

4) 大部分衍射光學(xué)元件對入射激光的波前位相進(jìn)行精密調(diào)控，因此光路中的其他部件如反/ 透射鏡片，透鏡等要使用高精度、低波差的器件，否則會影響最終的效果；

5) 和常規(guī)透射光學(xué)元件一樣，根據(jù)不同的波長、激光強(qiáng)度的要求，衍射光學(xué)元件可采用石英、玻璃、寶石、塑料與樹脂、ZnSe等紅外材料制作，也可鍍增透膜。