泉源：
2024.10.18
1151
小序
DOE（Diffraction optical Element衍射光学元件），，微观上可以改变差别位置的撒播速率进而改变波前，，实现光束的衍射应用。。尤其是上世纪梅曼发明第一台红宝石激光器之后，，让相关光束的制备变得容易，，因此关于光的调制不再局限于透镜，，棱镜等，，基于衍射光学的DOE最先蓬勃生长。。
原理&应用
光束在撒播相同时间内，，光程长的走的慢，，光程短的走的快，，波阵面就会转向，，意味着光束偏折了。。而DOE可用微结来构制造差别的光程差，，应用薄元件近似来改变相位，，从而实现光束的调制。。其生长至今，，在应用上分成三个偏向：整形，，分束，，聚焦。。
整形在近，，远场均可实现平顶型，，M型，，图案定制等光束整形。。在激光加工，，医美激光，，光纤耦入，，武器瞄点，，3D传感中均有应用；；；；；
分束应用光栅衍射级来实现，，包括一维&阵列分束。。在结构光计划中的散斑复制，，激光多路加工，，激光雷达多路感测中均有应用；；；；；
聚焦包括单点，，多点，，线段聚焦等等。。主要集中在激光加工领域中，，切割，，裂片，，倒角等等。。
整形
整形有匀化，，形貌两类着重。。匀化着重的计划除DOE&自由曲面之外，，尚有单片随机MLA(micro lens array微透镜阵列)，，阵列MLA模组匀化等计划，，如图1。。
图1 左上图阵列MLA模组匀化计划[1]; 右上图单DOE实现方形匀化和整形[1]; 左下图自由曲面实现光束整形[1]; 右下图随机MLA整形计划[2]
着重形貌的整形计划集中在DOE&自由曲面上。。相比MLA类计划的整形，，其边沿会更为锐利，，相对的角度会更小一些。。最常见的就是对单色高斯基模举行远场圆形，，方形平顶整形，，见图2。。别的尚有其他整形好例如形，，环形，，甜甜圈形等等，，理论上恣意形貌均可实现。。
图2 从左到右为圆形，，方形，，甜甜圈形，，环形整形[5]
好比在光纤耦入端，，十分强调光强漫衍曲线，，整形的无邪性为其提供了调制的可能。。武器的激光瞄点需要十字的标识，，该特制的光斑形貌需要整形才华来完成。。在扫地机械人的避障感测模组，，需要输出细线形光斑，，也需要整形来搭配实现。。
分束
相比于靠膜层透反射分束的cubic-PBS，，分束DOE依赖光栅的周期结构来调制衍射级的能量。。分束DOE的微结构一ㄇ周期化的，，凭证周期偏向可分成一维和二维光栅，，见图4。。
投射器模组中的vcsel光源自己的几百个孔径远不敷模组上万点的要求，，需要DOE举行分束复制才华实现，，见图3。。模组的主要组成部分即为光源，，lens，，DOE等组成，，见图4。。
图3 vcsel经由DOE分束复制后的大宗散斑[6]
图4 上图为DOE阵列分束的光路示意图[5]; 左下图为一维光栅1*9分束，，右下图为二维光栅5*5分束[7]。。
由分束DOE组成的透射器模组，，主要效劳于3D深度感测，，在结构光计划和dTOF计划中均有应用。。落地应用主要在智能家具扫地机械人和人脸识别的门锁，，手机终端的人脸识别和无人机测绘扫描中。。
聚焦
聚焦DOE凭证焦点类型分成单焦点，，多焦点，，一连聚焦，，相比整形DOE在XOY平面的光强调制，，聚焦DOE是在z轴上的光强调制。。在激光加工的应用中，，切割的质料厚度需要和激光焦深匹配。。当切割质料过厚对应的焦深也要增添，，一种步伐就是接纳多焦点，，另一种就是一连聚焦。。
图5 上图为多焦点的光路示意图；；；；；下图为z轴上3个焦点的漫衍[8]
随着自动化加工的要求越来越高，，所有切削更高厚度，，定制化倒角，，以及切割面粗糙度的处置惩罚，，都对聚焦DOE提出了更高的要求。。
工艺加工
一样平常小FOV的DOE，，均可以接纳多阶化(8阶甚至16阶)的结构来实现。。加工方法可以分成刻蚀DOE以及纳米压印DOE。� ？ ？？？？淌碊OE耐热性，，可靠性更高，，更适合极端条件下事情，，纳米压印DOE本钱更低，，更适合消耗电子类低本钱的应用。。
图6 DOE的刻蚀模板加工历程
a 掩模版转移到光刻胶上；；；；；b 胶结构刻蚀到玻璃基材上
c 获得DOE[6]
[1]Homburg, Oliver et al. “Efficient beam shaping for highpower laser applications.” Laser Technik Journal 4 (2007): 44-47.
[2]Xue, L.; Pang, Y.; Liu, W.; Liu, L.; Pang, H.; Cao, A.; Shi, L.; Fu, Y.; Deng, Q. Fabrication of Random Microlens Array for Laser Beam Homogenization with High Efficiency. Micromachines 2020, 11, 338.
[3]Fienup, James R.. “Phase retrieval algorithms: a comparison.” Applied optics 21 15 (1982): 2758-69.
[4]Rudnaya S , Misemer D , Santosa F .Rational design of a diffractive homogenizer for a laser beam[J].Journalof Engineering Mathematics, 2002,43(2/4) : 189-199.
[5]Katz, S., Kaplan, N. and Grossinger, I. (2018), Using Diffractive Optical Elements. LTJ, 15: 29-32
[6]https://www.digigram.com.tw/en/prd/vesel
[7]Umhofer, Udo, Erwin J?ger and Christian Bischoff. “Refractive and diffractive laser beam shaping optics.” Laser Technik Journal 8 (2011): 24-27.
[8]Doskolovich LL, Bezus EA, Morozov AA, et al. Multifocal diffractive lens generating several fixed foci at different design wavelengths. Optics Express. 2018 Feb;26(4):4698-4709
微纳研究所
3044am永利集团光电微纳研究所，，专注于微纳光学新产品市场手艺调研及研发事情。。通过自编算法与设计，，配备偕行业高端装备，，具备芯片镀膜、晶圆光刻、干/湿法刻蚀、纳米压印等焦点手艺开发和量产能力。。现在微纳所已开发的产品包括DOE、扩散片、PBS偏振片、超透镜等，，普遍应用于消耗电子、车载HUD等领域，，可以凭证客户需求提供从产品设计开发到量产制造一站式效劳。。
小序
DOE（Diffraction optical Element衍射光学元件），，微观上可以改变差别位置的撒播速率进而改变波前，，实现光束的衍射应用。。尤其是上世纪梅曼发明第一台红宝石激光器之后，，让相关光束的制备变得容易，，因此关于光的调制不再局限于透镜，，棱镜等，，基于衍射光学的DOE最先蓬勃生长。。
原理&应用
光束在撒播相同时间内，，光程长的走的慢，，光程短的走的快，，波阵面就会转向，，意味着光束偏折了。。而DOE可用微结来构制造差别的光程差，，应用薄元件近似来改变相位，，从而实现光束的调制。。其生长至今，，在应用上分成三个偏向：整形，，分束，，聚焦。。
整形在近，，远场均可实现平顶型，，M型，，图案定制等光束整形。。在激光加工，，医美激光，，光纤耦入，，武器瞄点，，3D传感中均有应用；；；；；
分束应用光栅衍射级来实现，，包括一维&阵列分束。。在结构光计划中的散斑复制，，激光多路加工，，激光雷达多路感测中均有应用；；；；；
聚焦包括单点，，多点，，线段聚焦等等。。主要集中在激光加工领域中，，切割，，裂片，，倒角等等。。
整形
整形有匀化，，形貌两类着重。。匀化着重的计划除DOE&自由曲面之外，，尚有单片随机MLA(micro lens array微透镜阵列)，，阵列MLA模组匀化等计划，，如图1。。
图1 左上图阵列MLA模组匀化计划[1]; 右上图单DOE实现方形匀化和整形[1]; 左下图自由曲面实现光束整形[1]; 右下图随机MLA整形计划[2]
着重形貌的整形计划集中在DOE&自由曲面上。。相比MLA类计划的整形，，其边沿会更为锐利，，相对的角度会更小一些。。最常见的就是对单色高斯基模举行远场圆形，，方形平顶整形，，见图2。。别的尚有其他整形好例如形，，环形，，甜甜圈形等等，，理论上恣意形貌均可实现。。
图2 从左到右为圆形，，方形，，甜甜圈形，，环形整形[5]
好比在光纤耦入端，，十分强调光强漫衍曲线，，整形的无邪性为其提供了调制的可能。。武器的激光瞄点需要十字的标识，，该特制的光斑形貌需要整形才华来完成。。在扫地机械人的避障感测模组，，需要输出细线形光斑，，也需要整形来搭配实现。。
分束
相比于靠膜层透反射分束的cubic-PBS，，分束DOE依赖光栅的周期结构来调制衍射级的能量。。分束DOE的微结构一ㄇ周期化的，，凭证周期偏向可分成一维和二维光栅，，见图4。。
投射器模组中的vcsel光源自己的几百个孔径远不敷模组上万点的要求，，需要DOE举行分束复制才华实现，，见图3。。模组的主要组成部分即为光源，，lens，，DOE等组成，，见图4。。
图3 vcsel经由DOE分束复制后的大宗散斑[6]
图4 上图为DOE阵列分束的光路示意图[5]; 左下图为一维光栅1*9分束，，右下图为二维光栅5*5分束[7]。。
由分束DOE组成的透射器模组，，主要效劳于3D深度感测，，在结构光计划和dTOF计划中均有应用。。落地应用主要在智能家具扫地机械人和人脸识别的门锁，，手机终端的人脸识别和无人机测绘扫描中。。
聚焦
聚焦DOE凭证焦点类型分成单焦点，，多焦点，，一连聚焦，，相比整形DOE在XOY平面的光强调制，，聚焦DOE是在z轴上的光强调制。。在激光加工的应用中，，切割的质料厚度需要和激光焦深匹配。。当切割质料过厚对应的焦深也要增添，，一种步伐就是接纳多焦点，，另一种就是一连聚焦。。
图5 上图为多焦点的光路示意图；；；；；下图为z轴上3个焦点的漫衍[8]
随着自动化加工的要求越来越高，，所有切削更高厚度，，定制化倒角，，以及切割面粗糙度的处置惩罚，，都对聚焦DOE提出了更高的要求。。
工艺加工
一样平常小FOV的DOE，，均可以接纳多阶化(8阶甚至16阶)的结构来实现。。加工方法可以分成刻蚀DOE以及纳米压印DOE。� ？ ？？？？淌碊OE耐热性，，可靠性更高，，更适合极端条件下事情，，纳米压印DOE本钱更低，，更适合消耗电子类低本钱的应用。。
图6 DOE的刻蚀模板加工历程
a 掩模版转移到光刻胶上；；；；；b 胶结构刻蚀到玻璃基材上
c 获得DOE[6]
[1]Homburg, Oliver et al. “Efficient beam shaping for highpower laser applications.” Laser Technik Journal 4 (2007): 44-47.
[2]Xue, L.; Pang, Y.; Liu, W.; Liu, L.; Pang, H.; Cao, A.; Shi, L.; Fu, Y.; Deng, Q. Fabrication of Random Microlens Array for Laser Beam Homogenization with High Efficiency. Micromachines 2020, 11, 338.
[3]Fienup, James R.. “Phase retrieval algorithms: a comparison.” Applied optics 21 15 (1982): 2758-69.
[4]Rudnaya S , Misemer D , Santosa F .Rational design of a diffractive homogenizer for a laser beam[J].Journalof Engineering Mathematics, 2002,43(2/4) : 189-199.
[5]Katz, S., Kaplan, N. and Grossinger, I. (2018), Using Diffractive Optical Elements. LTJ, 15: 29-32
[6]https://www.digigram.com.tw/en/prd/vesel
[7]Umhofer, Udo, Erwin J?ger and Christian Bischoff. “Refractive and diffractive laser beam shaping optics.” Laser Technik Journal 8 (2011): 24-27.
[8]Doskolovich LL, Bezus EA, Morozov AA, et al. Multifocal diffractive lens generating several fixed foci at different design wavelengths. Optics Express. 2018 Feb;26(4):4698-4709
微纳研究所
3044am永利集团光电微纳研究所，，专注于微纳光学新产品市场手艺调研及研发事情。。通过自编算法与设计，，配备偕行业高端装备，，具备芯片镀膜、晶圆光刻、干/湿法刻蚀、纳米压印等焦点手艺开发和量产能力。。现在微纳所已开发的产品包括DOE、扩散片、PBS偏振片、超透镜等，，普遍应用于消耗电子、车载HUD等领域，，可以凭证客户需求提供从产品设计开发到量产制造一站式效劳。。
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