什么是衍射光学元件？

衍射光学元件（Diffractive Optical Elements) ，简称DOE，又称二元光学器件，主要用于激光束整形，比如均匀化、准直、聚焦、形成特定图案等。采用衍射光学元件进行光束整形是近年发展起来的非常方便、灵活、功能强大的光束整形方式。DOE可适用于多种类型的输入激光（如单模高斯激光、多模激光等），在激光焦面上形成指定的光斑形状和光强分布，还可以实现在激光传播方向特定的光强分布。典型的功能包括：产生平顶分布圆光斑或矩形光斑；产生线形分布光斑；将非均匀多模激光进行匀化；产生环形以及多环等光斑分布；产生一维、二维多束激光分布；在传输方向上形成多焦点以及长焦深分布等。随着国内外市场对激光光束变换的迫切需求，基于衍射光学的各类解决方案越来越受到市场的重视，尤其在平顶整形领域，多焦点切割等方面应用拥有核心自主知识产权。不仅如此，诸如分束、匀光、长焦深、涡旋光束、点阵、特征图形等元件及模块在各领域也有重要应用。

衍射光学元件根据用途主要可分为：整形、分束、多焦、结构光和其它特殊光束产生。光束整形用DOE，可在工作面上实现指定的光斑形状（正方形、多边形、长条形、环形及圆形等）及能量分布（如平顶、高斯、环形、m型光束发生器、衍射锥透镜等，环形发生器用于产生环状强度分布的光斑。常用的环形发生器有涡旋位相板、衍射锥透镜、多环发生器等。锥透镜被广泛用于激光加工中产生贝塞尔光束，以实现较大的焦深。在锥透镜上加以衍射光学技术，可将准直光变换为圆锥面上传输。经过透镜成像，可以实现环形光斑。如用于点光源，可形成沿轴向分布的焦线。对光束直径、衍射锥透镜的位置加以调整，可实现不同的直径以及不同的粗细的环）。衍射分束器将准直光束分为一维排列或二维排列的多个光束，每个光束保持原来的特征(结构光则不是，它只负责产生结构光，而不保证保持原光束特征），以不同的角度出射。衍射分束器本质上是光栅结构，其出射角满足光栅方程。通过精心的设计二元或多元的衍射单元结构，可实现各路输出之间的能量分配（而普通的光栅则不行，不能任意分配）。复杂的衍射分束器可产生大角度的宽场照明以及特定图样的光斑分布。例如：达曼光栅是一种具有特殊孔径函数的二值相位光栅，其对入射光波产生的夫琅和费衍射图样是一定点阵数目的等光强光斑，完全避免了一般振幅光栅因函数强度包络所引起的谱点光强的不均匀分布。与其他衍射结构的光学分束器相比，达曼光栅属于傅里叶变换型的分束器，具有光斑阵列光强均匀性，不受入射光波分布影响和可以产生任意排列的点阵等优点。结构光，就是点、线、面结构光。结构光发生器可以产生各种订制的光强分布：形状，纹路，周期等通过将结构光透射到凹凸不平的表面，通过测量其光强分布的形变，可以计算目标不同位置的深度、运动等。结构光发生器在3D成像（如人脸识别），3D传感（如自动驾驶激光雷达），机器视觉与计算视觉方面有广阔的应用前景。