什么是衍射光學元件？

衍射光學元件（Diffractive Optical Elements) ，簡稱DOE，又稱二元光學器件，主要用于激光束整形，比如均勻化、準直、聚焦、形成特定圖案等。采用衍射光學元件進行光束整形是近年發(fā)展起來的非常方便、靈活、功能強大的光束整形方式。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分布，還可以實現(xiàn)在激光傳播方向特定的光強分布。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以及長焦深分布等。隨著國內(nèi)外市場對激光光束變換的迫切需求，基于衍射光學的各類解決方案越來越受到市場的重視，尤其在平頂整形領域，多焦點切割等方面應用擁有核心自主知識產(chǎn)權。不僅如此，諸如分束、勻光、長焦深、渦旋光束、點陣、特征圖形等元件及模塊在各領域也有重要應用。

衍射光學元件根據(jù)用途主要可分為：整形、分束、多焦、結構光和其它特殊光束產(chǎn)生。光束整形用DOE，可在工作面上實現(xiàn)指定的光斑形狀（正方形、多邊形、長條形、環(huán)形及圓形等）及能量分布（如平頂、高斯、環(huán)形、m型光束發(fā)生器、衍射錐透鏡等，環(huán)形發(fā)生器用于產(chǎn)生環(huán)狀強度分布的光斑。常用的環(huán)形發(fā)生器有渦旋位相板、衍射錐透鏡、多環(huán)發(fā)生器等。錐透鏡被廣泛用于激光加工中產(chǎn)生貝塞爾光束，以實現(xiàn)較大的焦深。在錐透鏡上加以衍射光學技術，可將準直光變換為圓錐面上傳輸。經(jīng)過透鏡成像，可以實現(xiàn)環(huán)形光斑。如用于點光源，可形成沿軸向分布的焦線。對光束直徑、衍射錐透鏡的位置加以調(diào)整，可實現(xiàn)不同的直徑以及不同的粗細的環(huán)）。衍射分束器將準直光束分為一維排列或二維排列的多個光束，每個光束保持原來的特征(結構光則不是，它只負責產(chǎn)生結構光，而不保證保持原光束特征），以不同的角度出射。衍射分束器本質(zhì)上是光柵結構，其出射角滿足光柵方程。通過精心的設計二元或多元的衍射單元結構，可實現(xiàn)各路輸出之間的能量分配（而普通的光柵則不行，不能任意分配）。復雜的衍射分束器可產(chǎn)生大角度的寬場照明以及特定圖樣的光斑分布。例如：達曼光柵是一種具有特殊孔徑函數(shù)的二值相位光柵，其對入射光波產(chǎn)生的夫瑯和費衍射圖樣是一定點陣數(shù)目的等光強光斑，完全避免了一般振幅光柵因函數(shù)強度包絡所引起的譜點光強的不均勻分布。與其他衍射結構的光學分束器相比，達曼光柵屬于傅里葉變換型的分束器，具有光斑陣列光強均勻性，不受入射光波分布影響和可以產(chǎn)生任意排列的點陣等優(yōu)點。結構光，就是點、線、面結構光。結構光發(fā)生器可以產(chǎn)生各種訂制的光強分布：形狀，紋路，周期等通過將結構光透射到凹凸不平的表面，通過測量其光強分布的形變，可以計算目標不同位置的深度、運動等。結構光發(fā)生器在3D成像（如人臉識別），3D傳感（如自動駕駛激光雷達），機器視覺與計算視覺方面有廣闊的應用前景。