衍射光學(xué)元件的作用

自1960年首臺(tái)激光器問(wèn)世以來(lái)，經(jīng)過(guò)近70年的發(fā)展，激光技術(shù)已經(jīng)形成了龐大的產(chǎn)業(yè)規(guī)模，廣泛應(yīng)用于工業(yè)加工、醫(yī)療美容、商業(yè)、科研、信息和軍事等多個(gè)領(lǐng)域。不同的應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)激光的功率、波長(zhǎng)、光斑形狀等有著不同的要求，而要實(shí)現(xiàn)光斑形狀的改變，則離不開光束整形器。而衍射光學(xué)元件(Diffractive Optical Elements) 簡(jiǎn)稱DOE， 又稱二元光學(xué)器件，主要用于激光束整形，比如均勻化、準(zhǔn)直、聚焦、形成特定圖案等。

衍射光學(xué)元件(Difractive Optical Element，DOE)是相位元件，它使用嵌入在元件中的薄微結(jié)構(gòu)將輸入激光束控制為各種輸出輪廓和形狀。衍射光學(xué)器件可實(shí)現(xiàn)許多功能和光操作，而這在標(biāo)準(zhǔn)折射光學(xué)器件中是不可行的。

在許多應(yīng)用中，這些功能非常有益，可以顯著提高系統(tǒng)性能。采用衍射光學(xué)元件進(jìn)行光束整形是近年發(fā)展起來(lái)的非常方便、靈活、功能強(qiáng)大的光束整形方式。DOE可適用于多種類型的輸入激光(如單模高斯激光、多模激光等)，在激光焦面上形成指定的光斑形狀和光強(qiáng)分布，還可以實(shí)現(xiàn)在激光傳播方向特定的光強(qiáng)分布。

典型的功能包括：產(chǎn)生平頂分布圓光斑或矩形光斑;產(chǎn)生線形分布光斑;將非均勻多模激光進(jìn)行勻化;產(chǎn)生環(huán)形以及多環(huán)等光斑分布;產(chǎn)生一維、二維多束激光分布;在傳輸方向上形成多焦點(diǎn)以及長(zhǎng)焦深分布等。

1、衍射的概念

光沿著直線傳播，當(dāng)光穿過(guò)一個(gè)小孔或經(jīng)過(guò)一個(gè)輪廓分明的邊緣時(shí)，沿小孔邊緣產(chǎn)生了干涉圖形，結(jié)果得到了一個(gè)模糊的圖像，而不是希望出現(xiàn)在光和陰影之間的清晰邊緣。光看上去沿狹縫邊緣彎曲了。這種現(xiàn)象被稱作衍射。

2、衍射效率

衍射效率是評(píng)價(jià)衍射光學(xué)元件以及含有衍射光學(xué)元件的折衍射混合光學(xué)系統(tǒng)的重要指標(biāo)之一。光線通過(guò)衍射光學(xué)元件后，會(huì)產(chǎn)生多個(gè)衍射級(jí)次，一般只是關(guān)注主衍射級(jí)次的光線，其他衍射級(jí)次的光線在主衍射級(jí)像面上形成雜散光，降低像面的對(duì)比度。因此，衍射光學(xué)元件的衍射效率直接影響到衍射光學(xué)元件的成像質(zhì)量，對(duì)衍射光學(xué)元件衍射效率的精確測(cè)量是十分必要的。

3、掩膜版的衍射

光的衍射和光刻密切相關(guān)，因?yàn)橥队把谀ぐ嫔嫌行〉那逦鷪D形并且間距很窄。曝光時(shí)，光必須通過(guò)這些圖形。衍射圖樣奪走了曝光能量，并使光發(fā)散，導(dǎo)致光刻膠上不要曝光的區(qū)域被曝光。這個(gè)問(wèn)題在孔小時(shí)更嚴(yán)重，例如小到200nm的接觸孔。由衍射引起的干涉圖樣能使小接觸孔和小線條很難被光刻。

隨著國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)對(duì)激光光束變換的迫切需求，基于衍射光學(xué)的各類解決方案越來(lái)越受到市場(chǎng)的重視，尤其在平頂整形領(lǐng)域，多焦點(diǎn)切割等方面應(yīng)用擁有核心自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。不僅如此，諸如分束、勻光、長(zhǎng)焦深、渦旋光束、點(diǎn)陣、特征圖形等元件及模塊在各領(lǐng)域也有重要應(yīng)用。