衍射光學元件之光束整形器

衍射光學元件(DOE：DiffractiveOpticalElements)，是基于光波的衍射理論，利用計算機輔助設計，并通過半導體芯片制造工藝，在基片上(或傳統光學器件表面)刻蝕產生臺階型或連續浮雕結構，形成同軸再現、且具有極高衍射效率的一類光學元件。

衍射光學整形元件具有體積小、重量輕、易復制、造價低、衍射效率高、設計自由度多、材料可選性寬、色散性能獨特等特點和能實現傳統光學器件難以完成的陣列化、集成化及任意波面變換等功能，在光束整形領域中具有廣闊的應用前景。

同時，利用衍射光學整形元件可實現點陣、平頂、環狀以及二維非對稱復雜形狀等整形光束，為激光在工業、醫學、光通訊、核聚變、國防等各個領域應用拓寬了道路。

光束整形的問題本質上是一個給定輸入和輸出，求解逆衍射的光學問題。衍射光學整形元件設計的基本思路是已知光學系統中輸入和輸出平面上的光強分布，如何計算輸入平面上整形元件的相位分布，使其正確調制入射光場，高精度的給出預期輸出圖樣，以實現所需光束整形的功能。

DOE產品有兩個主要系列：分束器和光束整形器。分束器是用于將單個激光束分成幾個具有不同能量水平和傳播角度光束的DOE。根據元件表面上的衍射圖案，分束器可以產生一維光束陣列（1×N）或二維光束矩陣（M×N）。光束分束器與單色光一起使用，并被設計用于特定的波長和輸出光束之間的分離角。

光束整形器是用于將近高斯入射激光束變換成在特定工作平面中具有明顯邊界的圓形、矩形、正方形、線或其它形狀的強度均勻光斑的DOE。通過光束整形器實現的均勻強度分布能夠均勻地處理表面，防止對工件的過度曝光或曝光不足。此外，光斑的特征在于存在一個鮮明的過渡區，使得在處理區域和未處理區域之間形成清晰的邊界。光束整形器包括均化器，平頂光束整形器，渦旋透鏡（螺旋相位板）和衍射錐透鏡。

分束器和光束整形器可以與多模（MM）或單模（SM）輸入光束一起使用，并且由于其制造的材料的高損傷閾值，可以用于大功率激光系統，包括如熔融石英，硒化鋅（ZnSe）和藍寶石。新特光電提供的光束整形器可將單模激光光束轉化成任何形狀和大小的均勻強度的光束。