Diffraktionsoptische Elemente zeichnen sich durch hohe Beugungseffizienz aus. Sie basieren auf der Beugungstheorie von Lichtwellen und werden mithilfe computergestützter Konstruktion und Halbleiterfertigungsprozesse hergestellt, um Stufen- oder kontinuierliche Reliefstrukturen auf dem Substrat (oder der Oberfläche herkömmlicher optischer Geräte) zu erzeugen. Diffraktionsoptische Elemente sind dünn, leicht und klein, bieten hohe Beugungseffizienz, vielfältige Gestaltungsmöglichkeiten, gute thermische Stabilität und einzigartige Dispersionseigenschaften. Sie sind wichtige Komponenten vieler optischer Instrumente. Da Beugung die Auflösung optischer Systeme stets begrenzt, versuchte die traditionelle Optik bis in die 1960er-Jahre, die negativen Auswirkungen der Beugung zu vermeiden. Die Erfindung und erfolgreiche Produktion von analoger Holographie und Computerhologrammen sowie Phasendiagrammen führten zu einem grundlegenden Paradigmenwechsel. Obwohl die Technologien für Computerhologramme und Phasendiagramme in den 1970er-Jahren immer ausgereifter wurden, war es weiterhin schwierig, Feinstrukturelemente mit hoher Beugungseffizienz im sichtbaren und nahinfraroten Spektralbereich herzustellen, was den praktischen Anwendungsbereich diffraktiver optischer Elemente einschränkte. In den 1980er Jahren führte eine Forschungsgruppe um W. B. Veldkamp vom MIT Lincoln Laboratory in den USA erstmals die Lithographietechnologie der VLSI-Fertigung in die Produktion diffraktiver optischer Komponenten ein und prägte den Begriff der „binären Optik“. In der Folge entstanden zahlreiche neue Verarbeitungsmethoden, darunter auch solche zur Herstellung hochwertiger und multifunktionaler diffraktiver optischer Komponenten. Dies förderte die Entwicklung diffraktiver optischer Elemente maßgeblich.
Beugungseffizienz eines diffraktiven optischen Elements
Die Beugungseffizienz ist ein wichtiger Indikator zur Bewertung diffraktiver optischer Elemente und gemischter diffraktiver optischer Systeme. Nach dem Durchgang des Lichts durch das diffraktive optische Element entstehen mehrere Beugungsordnungen. Üblicherweise wird nur das Licht der Hauptbeugungsordnung berücksichtigt. Das Licht anderer Beugungsordnungen erzeugt Streulicht auf der Bildebene der Hauptbeugungsordnung und reduziert den Bildkontrast. Daher beeinflusst die Beugungseffizienz eines diffraktiven optischen Elements direkt dessen Abbildungsqualität.
Entwicklung diffraktiver optischer Elemente
Dank diffraktiver optischer Elemente und ihrer flexiblen Wellenfrontsteuerung werden optische Systeme und Geräte immer leichter, miniaturisiert und integrierter. Bis in die 1990er-Jahre war die Erforschung diffraktiver optischer Elemente ein zentrales Forschungsgebiet der Optik. Diese Komponenten finden breite Anwendung in der Laserwellenfrontkorrektur, der Strahlprofilformung, der Erzeugung von Strahlarrays, optischen Verbindungen, optischen Parallelberechnungen, der optischen Satellitenkommunikation und vielem mehr.
Veröffentlichungsdatum: 25. Mai 2023