Beugungsoptische Elemente sind optische Elemente mit hoher Beugungseffizienz. Sie basieren auf der Beugungstheorie von Lichtwellen und nutzen computergestütztes Design und Halbleiterchip-Herstellungsverfahren, um eine Stufen- oder kontinuierliche Reliefstruktur auf dem Substrat (oder der Oberfläche herkömmlicher optischer Geräte) zu erzeugen. Beugungsoptische Elemente sind dünn, leicht und klein, zeichnen sich durch hohe Beugungseffizienz, vielfältige Gestaltungsfreiheitsgrade, gute thermische Stabilität und einzigartige Dispersionseigenschaften aus. Sie sind wichtige Komponenten vieler optischer Instrumente. Da Beugung stets die Auflösung optischer Systeme einschränkt, versuchte die traditionelle Optik bis in die 1960er Jahre, die negativen Auswirkungen des Beugungseffekts zu vermeiden. Mit der Erfindung und erfolgreichen Produktion der analogen Holografie, des Computerhologramms und des Phasendiagramms kam es jedoch zu einem grundlegenden Wandel. Obwohl die Technologie des Computerhologramms und des Phasendiagramms in den 1970er Jahren immer weiter perfektioniert wurde, war es immer noch schwierig, Hyperfeinstrukturelemente mit hoher Beugungseffizienz im sichtbaren und nahen Infrarotbereich herzustellen, was den praktischen Anwendungsbereich diffraktiver optischer Elemente einschränkte. In den 1980er Jahren führte eine Forschungsgruppe unter der Leitung von W.B. Veldkamp vom MIT Lincoln Laboratory in den USA erstmals die Lithografietechnologie der VLSI-Fertigung in die Produktion diffraktiver optischer Komponenten ein und schlug das Konzept der „binären Optik“ vor. Seitdem entstanden verschiedene neue Verarbeitungsmethoden, darunter die Herstellung hochwertiger und multifunktionaler diffraktiver optischer Komponenten. Dies förderte die Entwicklung diffraktiver optischer Elemente erheblich.
Beugungseffizienz eines diffraktiven optischen Elements
Die Beugungseffizienz ist ein wichtiger Indikator zur Bewertung diffraktiver optischer Elemente und gemischter diffraktiver optischer Systeme mit diffraktiven optischen Elementen. Nach dem Durchgang des Lichts durch das diffraktive optische Element werden mehrere Beugungsordnungen erzeugt. Im Allgemeinen wird nur das Licht der Hauptbeugungsordnung berücksichtigt. Licht anderer Beugungsordnungen erzeugt Streulicht auf der Bildebene der Hauptbeugungsordnung und verringert den Kontrast der Bildebene. Daher wirkt sich die Beugungseffizienz eines diffraktiven optischen Elements direkt auf dessen Abbildungsqualität aus.
Entwicklung diffraktiver optischer Elemente
Dank diffraktiver optischer Elemente und ihrer flexiblen Wellenfrontsteuerung entwickeln sich optische Systeme und Geräte immer leichter, miniaturisierter und integrierter. Bis in die 1990er Jahre war die Erforschung diffraktiver optischer Elemente ein wichtiger Bestandteil der Optik. Diese Komponenten finden breite Anwendung in der Laserwellenfrontkorrektur, der Strahlprofilbildung, der Strahlarray-Generatorisierung, der optischen Verbindung, der optischen Parallelberechnung, der optischen Satellitenkommunikation usw.
Veröffentlichungszeit: 25. Mai 2023