衍射光学元件

DOE是一种扁平的窗口状光学元件，它通过使用微结构产生相位延迟，从而对光进行整形。

什么是衍射光学元件（DOE）？光束整形简史

从远古时代起，人类就一直在努力改造和整束光线——从阿基米德用来烧毁罗马船只的镜面盾，到菲涅尔巨大的手工打磨的灯塔透镜，再到今天的微光学元件，我们希望光能准确地到达我们想要它到达的地方。

过去，我们的光束整形能力仅限于利用折射元件和反射元件，例如透镜、棱镜和镜子。这些元件由几何光学很好地描述，其中光束可以被认为是射线，就像飞行粒子的路径一样，这些元件通过偏转这些光线路径来塑造光。

梅曼在 20 世纪中叶开发的激光为新型的光束整形开辟了道路，而在此之前光束整形被认为仅仅在理论上具有可行性。

这种光束整形方式利用了光的波动性，并减慢光束的某些区域与其他区域的速度，来修改传播光的相位，因此使用衍射效应对光进行整形。

使用这种衍射原理工作的元件称为衍射光学元件 (DOE)，通过使用制作在基板材料上的微结构图案，DOE改变穿过它的传播光的相位。通过衍射元件中凸起区域的光，比通过较低区域的光移动得更慢（因为空气中的光速比材料中的光速快），从而产生受控相位延迟。

通过修改DOE的设计，可以定制DOE，来控制光束的相位并将其整形成几乎任何所需的强度轮廓和形状。它们灵活的可塑性，以及其他优势，如设计波长下的绝对角度精度、小尺寸和平坦度，使DOE成为许多激光应用的首选产品。

今天使用的大多数商用DOE都是数字光学元件，这是DOE系列中的一款产品，最初在 70 年代由麻省理工学院林肯实验室开发，并在 90 年代由 Holo/Or有限公司对其实现商业化。在下一节中，我们将看到它们是如何制作的。

数字DOE是在平面基板上使用标准半导体的工业方法。这首先是通过将这种设计分解为阶段（“二进制”）步骤来实现的。在每个步骤中，基板材料都经过光刻后实现图案化，然后进行干蚀刻，从而使高度面的数量增加一倍。经过多个步骤，所获得的近似值非常接近于所需的连续 3D 形貌，从而实现最佳性能。

凭借 30 多年的经验，Holo/Or 在数字衍射光学设计和制造方面积累了丰富的经验和专业知识，并在 DOE 设计生产方面增强了专业技能，因此我们可以模拟生产公差对DOE性能的影响，并保证符合真实规格。

DOE可大致分为3种主流系统产品：

衍射分束器 – 将输入光束分成多个等级，每个等级都与输入光束相同，且能控制分离角。
衍射光束整形器 – 将输入光束形状、大小和强度轮廓修改为所需的分布。通常想要一个带锋利边缘的平顶。
衍射焦点整形元件 – 沿系统主轴对光进行整形，通常通过改变外部透镜的聚焦属性来实现。范例包括将一个焦点分成多个焦点，生成具有延展焦深和衍射消色差透镜的贝塞尔光束。

DOE的应用范围非常广泛，包括 3D 传感和机载激光扫描、激光材料加工、激光美学治疗、检验和计量以及许多其他应用方式。

答：衍射光学元件 (DOE) 是一种光学组件，可利用其波状特性对光进行整形。

答：在其表面上有一层薄薄的凸起结构。与穿过其他区域的光相比，光穿过凸起区域时会受到延迟，从而形成相位分布。该相位分布然后塑造远场光束的强度。

答：在 Holo/Or，DOE首先被设计出来，然后通过使用我们自己的软件工具得到优化，从而获得最佳性能，同时也会考虑到生产公差。相息图相位被分解为二元步骤，每个步骤都是在类似于半导体的光刻制造过程中形成的。