衍射光学元件的特性与发展

因醉鞭名马幌 · 发表于 2023-2-27 22:30:54

作者：小小光08
1. 衍射光学元件的特性：
(a) 衍射光学元件的色散与玻璃材料无关，仅与波长有关；而且其阿贝数为负值，与传统玻璃的阿贝数符号相反，因此具有区别于传统光学元件的负色散特性；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。

(b) 衍射光学元件具有对光束的任意位相调制的特性；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远远优于传统光学元件。 (c) 在热膨胀系数方面，衍射光学元件仅与材料本身的热膨胀系数有关，刚好与传统玻璃材料相反，因此其具有对温度的热稳定性。(d) 衍射光学元件具有平像场特性，它的引入不会在光学系统中带入场曲。(e) 衍射光学元件的刻蚀深度，即表面浮雕结构为微米量级，元件重量就是基底重量，因此其具有重量轻、体积小的特点。(f) 高衍射效率，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。为保证相对较高的衍射效率可以选择易于制造的多层台阶相位结构这一折中方法来替代连续深度的相位剖面。

2. 衍射光学元件的发展：衍射光学元件是指当二元光学元件所具有的多层台阶结构台阶数趋于无穷时，微结构由台阶型变为连续的位相表面类型从而产生的元件。衍射光学元件的基础理论可以按照其微结构尺寸与波长量级间大小关系分为微结构尺寸大于波长量级的标量衍射理论和微结构尺寸等于或小于波长量级（为亚波长量级）的矢量衍射理论。标量衍射理论应用范围较广，菲涅尔波带片、全息图及相息图、二元光学元件、以及单层、多级、谐衍射、双层及多层衍射光学元件均基于标量衍射理论。矢量衍射理论则是随着大规模集成电路工艺以及激光束和电子束直写技术发展而产生的新型亚波长衍射元件的理论基础。

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