什么是衍射光學(xué)元件？

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。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。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。

衍射光學(xué)元件根據(jù)用途主要可分為：整形、分束、多焦、結(jié)構(gòu)光和其它特殊光束產(chǎn)生。光束整形用DOE，可在工作面上實(shí)現(xiàn)指定的光斑形狀（正方形、多邊形、長(zhǎng)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(qiáng)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(shí)現(xiàn)較大的焦深。在錐透鏡上加以衍射光學(xué)技術(shù)，可將準(zhǔn)直光變換為圓錐面上傳輸。經(jīng)過(guò)透鏡成像，可以實(shí)現(xiàn)環(huán)形光斑。如用于點(diǎn)光源，可形成沿軸向分布的焦線。對(duì)光束直徑、衍射錐透鏡的位置加以調(diào)整，可實(shí)現(xiàn)不同的直徑以及不同的粗細(xì)的環(huán)）。衍射分束器將準(zhǔn)直光束分為一維排列或二維排列的多個(gè)光束，每個(gè)光束保持原來(lái)的特征(結(jié)構(gòu)光則不是，它只負(fù)責(zé)產(chǎn)生結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，其出射角滿足光柵方程。通過(guò)精心的設(shè)計(jì)二元或多元的衍射單元結(jié)構(gòu)，可實(shí)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(fù)雜的衍射分束器可產(chǎn)生大角度的寬場(chǎng)照明以及特定圖樣的光斑分布。例如：達(dá)曼光柵是一種具有特殊孔徑函數(shù)的二值相位光柵，其對(duì)入射光波產(chǎn)生的夫瑯和費(fèi)衍射圖樣是一定點(diǎn)陣數(shù)目的等光強(qiáng)光斑，完全避免了一般振幅光柵因函數(shù)強(qiáng)度包絡(luò)所引起的譜點(diǎn)光強(qiáng)的不均勻分布。與其他衍射結(jié)構(gòu)的光學(xué)分束器相比，達(dá)曼光柵屬于傅里葉變換型的分束器，具有光斑陣列光強(qiáng)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(diǎn)陣等優(yōu)點(diǎn)。結(jié)構(gòu)光，就是點(diǎn)、線、面結(jié)構(gòu)光。結(jié)構(gòu)光發(fā)生器可以產(chǎn)生各種訂制的光強(qiáng)分布：形狀，紋路，周期等通過(guò)將結(jié)構(gòu)光透射到凹凸不平的表面，通過(guò)測(cè)量其光強(qiáng)分布的形變，可以計(jì)算目標(biāo)不同位置的深度、運(yùn)動(dòng)等。結(jié)構(gòu)光發(fā)生器在3D成像（如人臉識(shí)別），3D傳感（如自動(dòng)駕駛激光雷達(dá)），機(jī)器視覺(jué)與計(jì)算視覺(jué)方面有廣闊的應(yīng)用前景。