衍射光学元件之光束整形器

衍射光学元件(DOE：DiffractiveOpticalElements)，是基于光波的衍射理论，利用计算机辅助设计，并通过半导体芯片制造工艺，在基片上(或传统光学器件表面)刻蚀产生台阶型或连续浮雕结构，形成同轴再现、且具有极高衍射效率的一类光学元件。

衍射光学整形元件具有体积小、重量轻、易复制、造价低、衍射效率高、设计自由度多、材料可选性宽、色散性能独特等特点和能实现传统光学器件难以完成的阵列化、集成化及任意波面变换等功能，在光束整形领域中具有广阔的应用前景。

同时，利用衍射光学整形元件可实现点阵、平顶、环状以及二维非对称复杂形状等整形光束，为激光在工业、医学、光通讯、核聚变、国防等各个领域应用拓宽了道路。

光束整形的问题本质上是一个给定输入和输出，求解逆衍射的光学问题。衍射光学整形元件设计的基本思路是已知光学系统中输入和输出平面上的光强分布，如何计算输入平面上整形元件的相位分布，使其正确调制入射光场，高精度的给出预期输出图样，以实现所需光束整形的功能。

DOE产品有两个主要系列：分束器和光束整形器。分束器是用于将单个激光束分成几个具有不同能量水平和传播角度光束的DOE。根据元件表面上的衍射图案，分束器可以产生一维光束阵列（1×N）或二维光束矩阵（M×N）。光束分束器与单色光一起使用，并被设计用于特定的波长和输出光束之间的分离角。

光束整形器是用于将近高斯入射激光束变换成在特定工作平面中具有明显边界的圆形、矩形、正方形、线或其它形状的强度均匀光斑的DOE。通过光束整形器实现的均匀强度分布能够均匀地处理表面，防止对工件的过度曝光或曝光不足。此外，光斑的特征在于存在一个鲜明的过渡区，使得在处理区域和未处理区域之间形成清晰的边界。光束整形器包括均化器，平顶光束整形器，涡旋透镜（螺旋相位板）和衍射锥透镜。

分束器和光束整形器可以与多模（MM）或单模（SM）输入光束一起使用，并且由于其制造的材料的高损伤阈值，可以用于大功率激光系统，包括如熔融石英，硒化锌（ZnSe）和蓝宝石。新特光电提供的光束整形器可将单模激光光束转化成任何形状和大小的均匀强度的光束。