衍射光學元件（DOE）是通過表面的浮雕結(jié)構(gòu)對入射光相位進行調(diào)制，在輸出面得到任意形狀光斑的一類光學器件。

衍射光學元件以其優(yōu)良的性能，成為光學界的研究熱點。但是由于精密技術及超精密技術的發(fā)展限制，衍射光學元件的制備也受到了限制。

衍射光學元件不僅具有體積小、重量輕的優(yōu)點，并且在傳統(tǒng)衍射光學元件的基礎上又多了許多新功能：

高衍射效率

作為一種純相位調(diào)制的光學器件，若衍射光學元件表面浮雕結(jié)構(gòu)的位相是連續(xù)的，則具有高衍射效率的性能。研究者通常將這種連續(xù)的位相通過二進制量化來獲得多臺階位相，盡可能地接近連續(xù)位相值。

色散性好

當用多色光照射衍射光學元件時，其呈現(xiàn)的色散特性與傳統(tǒng)折射型器件相反。因此可以將衍射光學元件放到傳統(tǒng)的光學系統(tǒng)里，構(gòu)成混合光學系統(tǒng)，這種系統(tǒng)可以有效的消除色差，改善成像質(zhì)量。

設計自由度大

在設計傳統(tǒng)折射光學元件時，一般僅通過改變的其曲率或材料來得到期望的光斑，因此傳統(tǒng)元件僅能夠設計較為簡單的輸出面光斑。而衍射光學元件可以通過改變浮雕結(jié)構(gòu)、深度等得到任意形狀的輸出面光斑。因此衍射光學元件在設計自由度上優(yōu)于傳統(tǒng)光學元件。

材料可選性多

可以將衍射光學元件的面形結(jié)構(gòu)刻蝕在石英材料、電介質(zhì)、金屬材料和一些光學性質(zhì)不理想紅外材料（如 ZnSe 和 Si）上，而傳統(tǒng)光學一般不會選擇這些半導體材料。此外，衍射光學元件還可以利用這些紅外材料在寬波段上消除色差。

光學功能多

衍射光學元件可以產(chǎn)生球面、非球面、環(huán)形面、錐形面等任意期望的波面。與傳統(tǒng)光學器件相比，大大增加了應用功能。

相關應用

由于衍射光學元件有許多特殊的功能，可以將其與傳統(tǒng)折射光學器件結(jié)合，即構(gòu)成折衍混合光學系統(tǒng)( HOS) ，衍射光學和傳統(tǒng)光學的結(jié)合可以減小系統(tǒng)色散、提高光學系統(tǒng)的成像質(zhì)量，縮小系統(tǒng)體積，促進光學系統(tǒng)的智能化、輕型化。

由于衍射光學元件與傳統(tǒng)折射型光學器件具有相反的色散特性，將其與傳統(tǒng)光學系統(tǒng)相結(jié)合，相當于在系統(tǒng)中添加了一種具有負色散特性的材料，因此可以達到消除色差的效果。

在頭盔顯示光學領域，衍射光學元件發(fā)揮著重要的作用。傳統(tǒng)的光學系統(tǒng)不能同時滿足頭盔顯示器的各項要求，如大視場角、高分辨率、體積小、重量輕等。隨著衍射光學元件的不斷發(fā)展，衍射光學元件也越來越多的應用到各種頭盔顯示系統(tǒng)如夜視儀、透視儀中，這促進了頭盔顯示系統(tǒng)的小型化輕型化發(fā)展。

由于衍射光學元件獨特的色散特性，因此折衍混合系統(tǒng)在頭盔顯示器中的使用，達到了其對高分辨率、大視場角的要求。

衍射光學元件廣泛應用于激光分束領域 。激光分束器衍射光學元件可將一束光分成多束光輸出，且輸出光束與入射光束具有相同的光學特性。通過合理設計衍射光學元件表面的浮雕結(jié)構(gòu)，分束器可以產(chǎn)生一維點陣、二維點陣等，以達到不同領域的需求。衍射光學元件在激光分束器領域的應用，滿足了激光器對高衍射效率、高均勻性的要求，進一步促進了分束器的廣泛性。

衍射光學元件廣泛應用于光束整形領域 。光束整形技術可以改變?nèi)肷涔庠谳敵雒娴墓獍叻植肌⒕劢构獍叩某叽?、焦深等?/p>

比如光束整形技術可以將入射光整形成線形、矩形、環(huán)形等任意能量均勻分布的光斑，還可以通過設計合適的相位分布，將入射光整形成焦斑小、焦深長的整形光束。擴大了光束整形器件在工藝、醫(yī)療、商業(yè)等領域的應用范圍。

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