光学元件有哪些？衍射光学元件知识科普

光学元件是光学系统的基本组成单元，也叫光学零件，这种元器件经常可以起到成像的作用，如透镜、棱镜、反射镜等，本文将主要以衍射光学元件为主，为大家科普光学元件的一些知识。

衍射光学元件（Diffractive Optical Element），简称DOE，是近几年蓬勃发展的一款新兴光学元件，下面将从优点和缺点两个角度，带您具体认识衍射光学元件这种电子元器件！

衍射光学元件的优点：

衍射光学元件（DOE）在设计中提供了许多自由度，通过使用现代光刻制造技术，制造具有强非球面相位函数的 DOE，与制造具有二次相位函数的简单菲涅耳带透镜一样昂贵，因此，在某些情况下可以使用 DOE，而不是更昂贵的非球面。此外，与更难制造定义明确的非球面表面相比，光刻制造技术保证了关于 DOE 相位函数的相当好的精度。

衍射光学元件具有与折射元件相反符号的强色散允许校正色差，在这种情况下，DOE 还为设计提供了额外的自由度，因为相位函数的非球面项还可以校正系统的单色像差，只要这些像差远小于校正色差的相位函数的二次项即可。

衍射光学元件的缺点：

由于制造误差、广泛的应用波长或因为某些 DOE 自然具有多个衍射级，例如二元 DOE，DOE 通常不仅表现出一个衍射级，而且表现出多个衍射级，这会在光学系统中产生干扰光并限制应用。

强色散会限制在单色系统中的应用，因为它在某些情况下（例如，用于测试非球面表面）不仅需要照明波长的相对恒定性，即恒定但不必精确地达到绝对值，而且绝对的恒定性，因为否则由 DOE 引入系统畸变。

因此，与其他光学元件相比，DOE 有许多优势，但从另一方面来说，DOE 并不是校正光学系统像差的灵丹妙药，根据系统的不同，必须对优缺点进行仔细评估，以便找到最佳解决方案。

衍射光学元件的应用领域

衍射光学元件早在 20 多年前就已进入工业应用，并迅速成为许多医疗、工业和研究应用中的“首选”解决方案，随着激光功率成本的下降，这一趋势在过去几年中不断增长，它可以应用于以下领域：

1、激光材料加工：焊接、切割、刻划、焊接和钻孔过程中激光束的整形和分裂。

2、生物医学设备：用于医疗激光治疗和诊断仪器的衍射光学元件。

3、LIDAR/LADAR 应用：使用激光束进行光学距离和速度测量。

4、光刻和全息照明：掩模投影系统中的光束均匀化、结构化瞳孔照明、正常和高度倾斜平面的均匀场照明。

5、光学传感器：距离和位置传感器、运动检测。

6、通信：分束器、波长选择和硅光子学应用。

衍射光学元件的工作原理

不同类型的 DOE（分束器、图案发生器、kinoform、光束整形器和光栅）利用微结构表面浮雕轮廓实现其光学功能，仅通过衍射和随后的传播，DOE 传输的光可以重新整形为几乎任何所需的分布，DOE 仅编码所需强度图案的形状，但保持入射光源的其他参数（例如光束大小、发散度、偏振）。

由于其设计灵活性，DOE 可以具有一些其它光学元件无法实现的光学功能，如果不使用DOE，那么只能通过其它复杂的光学系统实现。此外，与折射光学元件相比，DOE 通常更薄更轻，使其成为许多应用中有吸引力的替代品。

在大多数情况下，入射激光束被准直或聚焦到 DOE 后面的固定距离，为此，DOE 微结构将图案生成与焦度相结合。此外，图案发生器可以提供所需的聚焦功率，以实现将激光聚焦到强烈倾斜的目标平面，每个衍射方向的最佳焦点位置几乎可以匹配到任意表面。

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