Принцип та розробка дифракційних оптичних елементів

Дифракційний оптичний елемент — це вид оптичного елемента з високою дифракційною ефективністю, який базується на теорії дифракції світлової хвилі та використовує автоматизоване проектування та процес виробництва напівпровідникових мікросхем для травлення ступінчастої або безперервної рельєфної структури на підкладці (або поверхні традиційного оптичного пристрою). Дифракційні оптичні елементи тонкі, легкі, невеликі за розміром, з високою дифракційною ефективністю, кількома ступенями свободи конструкції, хорошою термостабільністю та унікальними дисперсійними характеристиками. Вони є важливими компонентами багатьох оптичних приладів. Оскільки дифракція завжди призводить до обмеження високої роздільної здатності оптичної системи, традиційна оптика завжди намагалася уникнути негативних наслідків, спричинених дифракційним ефектом, до 1960-х років, коли винахід та успішне виробництво аналогової голографії та комп'ютерної голограми, а також фазової діаграми призвели до значних змін у концепції. У 1970-х роках, хоча технологія комп'ютерної голограми та фазової діаграми ставала все більш досконалою, все ще було важко створити елементи надтонкої структури з високою дифракційною ефективністю у видимому та ближньому інфрачервоному діапазонах хвиль, що обмежувало практичний діапазон застосування дифракційних оптичних елементів. У 1980-х роках дослідницька група під керівництвом В. Б. Вельдкампа з лабораторії Лінкольна Массачусетського технологічного інституту в США вперше впровадила літографічну технологію виробництва НВІС у виробництво дифракційних оптичних компонентів та запропонувала концепцію «бінарної оптики». Після цього продовжують з'являтися різні нові методи обробки, включаючи виробництво високоякісних та багатофункціональних дифракційних оптичних компонентів. Це значно сприяло розвитку дифракційних оптичних елементів.

Дифракційна ефективність дифракційного оптичного елемента

Дифракційна ефективність є одним із важливих показників для оцінки дифракційних оптичних елементів та змішаних дифракційних оптичних систем з дифракційними оптичними елементами. Після проходження світла через дифракційний оптичний елемент генерується кілька дифракційних порядків. Як правило, звертається увага лише на світло основного дифракційного порядку. Світло інших дифракційних порядків формуватиме розсіяне світло на площині зображення основного дифракційного порядку та зменшуватиме контрастність площини зображення. Таким чином, дифракційна ефективність дифракційного оптичного елемента безпосередньо впливає на якість зображення дифракційного оптичного елемента.

Розробка дифракційних оптичних елементів

Завдяки дифракційному оптичному елементу та його гнучкому керуючому хвильовому фронту, оптичні системи та пристрої розвиваються до легких, мініатюрних та інтегрованих розмірів. До 1990-х років дослідження дифракційних оптичних елементів було на передньому краї оптичної галузі. Ці компоненти можуть широко використовуватися для корекції лазерного хвильового фронту, формування профілю променя, генератора решітки променя, оптичного з'єднання, оптичного паралельного розрахунку, супутникового оптичного зв'язку тощо.