衍射光学元件 % 的原理和优势

衍射光学元件（DOE）是扁平的、类似窗户的光学部件，被用来整形激光光线。本文对DOE基础、其运行方式、以及其能够实现的光学功能进行了简短综述

衍射光学元件（DOE），有时也被称为数字衍射光学器件，是相位浮雕元件，利用微型结构来改变所传播的光的相位，从而以不同的方式控制其产生各种通过折射光学器件的不同方法不可能实现，或者需要非常复杂、庞大和昂贵的光学部件和/或系统才能实现的输出形状和光模式。

关于衍射光学元件（DOE）基础需要了解的重要一点是，基于微型结构产生相位延迟的操作原理，其针对离散波长设计了一个DOE，因此其适合用于大部分激光系统（在标称波长周围的窄带宽源能够在与最优值具有很小偏差的情况下正常工作）。

使用衍射光学元件的优势

系统设计师通过将DOE集成到他们的系统中（需要进行光束整形或分束）所获得的优势为：

完美的角精度（无公差）
单一紧凑部件的灵活整形和/或分束能力——DOE具有扁平、纤薄以及轻量等特性。
系统稳健性和低维护性——DOE是没有电子或者机械运动部件的无源部件（不像其他光束整形解决方案如扫描器或者模块）。由于其生产质量，Holo/Or的DOE 具有高激光损坏阈值（LDT），类似于用同一基板制成的窗户的高激光损坏阈值（通常为激光等级熔融石英或者硒化锌）。
易于集成——作为一种单一扁平部件，DOE易于集成到任何光力学器件中。它们可按照标准或者自定义尺寸进行制造，以符合制造商的精确系统公差，或者与标准光学底座一起使用。一些DOE设计，如平顶光束整形器，要求精确的对准公差，特别是对中和光束尺寸。

衍射光学元件被用来使高斯输入光束产生不同的功能：

衍射分束器——与其他光学分束器不同，衍射分束器被用来将输入激光束分离成任何所需数量的相同的输出光束，其中这些输出光束具有完全相同的特征并且彼此之间有一个相同的控制分离角。可将这些光束组成不同的排列，例如一种1维或者2维排列阵列、一种半随机点图案、一种具有不同强度水平的分离光束用于进行光束采样，或者任何其他需要的排列。
衍射光束整形器——有两种类型的衍射光束整形器：衍射扩散器和分析型平顶衍射光束整形器。这两种光束整形器都能够以任何需要的强度剖面形状（可以是圆形、矩形或者能够以数学方式进行描述的任何自由形状）在工作平面产生平顶能量分布。环形或者圆圈形状也是可用的，具有衍射轴锥镜或者衍射涡流镜。

对于选择使用衍射扩散器还是分析型平顶衍射光束整形器，通常是基于激光源进行选择的：扩散器通常用于多模式激光系统中，而平顶光束整形器通常用于单模式激光系统中。

光束焦点元件——与上述两种DOE类型不同，光束焦点元件控制着传播轴上的激光束。这些元件类型能够产生细长焦点Bessel光束，将光束腰延伸为Rayleigh范围的许多倍，或者产生具有控制间隔的多种焦点。

衍射光学元件基础的优势在于，运用正确的知识和工具，能够在同一表面设计叠加功能，从而产生具有多重功能的单一元件，例如，如果系统中需要5×5平方平顶点，则可以通过一个平面来完成，而无任何效率损失。

衍射光学元件（DOE）尽管非常强大，但它们是无源元件，虽然这在许多应用中都是一种优势性能，但对其他应用来说可能会是一种局限。在许多应用中，在相同光学路径中灵活创建各种光学功能是DOE所缺乏的一种优势。

为了解决这个问题，Holo/Or近期研发了一种新的方法用于可调功能光束整形。这些元件在同一表面（但是在不同的区域）包含不止一种光学功能。

凭借这些独特的元件（安装在一个运动台或者旋转台上，或者具有一个额外的部件来搅动输入光束），人们能够设计一个有源光束整形系统，该系统具有衍射光学器件的所有强大优势，包括质量、精度和紧密度，同时仍然能够进行灵活整形。

答：关于衍射光学元件需要了解的基本事情就是，它们使用光的波动性质来产生相位延迟，从而控制光束形状。因此，它们大部分都适合用于单一波长激光系统中。

答：衍射光学元件具有完美的角精度，具有灵活的功能，扁平、紧凑、稳健，并且易于集成到任何光力学器件中。

答：基本上，任何能够以数学方式进行描述的输出功能都能使用衍射光学器件产生，但是其主要的输出功能为光束分离、光束整形和光束聚焦整形。