Micro y nanoprocesamiento | Introducción a la óptica difractiva

Un DiffractiveOpticalElement (DOE) es un tipo especial de componente óptico que desvía la luz al nivel m en un ángulo preciso θm y se expresa mediante la siguiente ecuación:

Un rayo de luz incidente con un ángulo θi normal a la rejilla se difractará en uno o más rayos con un ángulo de salida de θdm, siendo θdm una función del período Λ. donde ni es el índice de refracción del medio incidente; nd es el índice de refracción del medio emisor; y m es la etapa de difracción, que para la mayoría de las aplicaciones es m = 1. En la figura 1.1 se indican otras etapas de difracción diferentes, pero no se indica su eficacia de difracción. En el caso de las lentes, la eficacia de las demás etapas de difracción es mínima, excepto la que se desea utilizar (normalmente la etapa m=+1).

Figura 1.1 Ángulo de emergencia en función del período de la rejilla, el índice de refracción y el nivel de difracción (en la figura se indican algunos niveles de transmisión y reflexión)

El periodo es un parámetro de control lateral mediante litografía y puede especificarse hasta el nivel nanométrico en los requisitos técnicos. En el caso de las lentes de pequeña aberración, este control particular de la posición lateral del periodo haría de la DOE una pieza más deseable. Por ejemplo, la aplicación general de una lente es hacer converger la luz en un punto, y las lentes difractivas pueden diseñarse y fabricarse para conseguir puntos de tamaño limitado por difracción. La figura 1.2 muestra una lente de enfoque de 8º orden capaz de hacer converger el frente de fase de un haz de luz paralelo que incide a intervalos de fase 2π para garantizar que toda la luz difractada por la DOE se enfoca en un punto central situado por encima de la DOE a una distancia F. El frente de fase necesario para enfocar el haz paralelo se determina fácilmente mediante el procedimiento de trazado de rayos. La posición y distancia de cada frente de fase discreto de 2π corresponde al periodo de cada posición puntual sobre la DOE. Estos valores se introducen en un programa CAD y se convierten en una serie de plantillas litográficas utilizadas en el proceso de fabricación de la DOE. El proceso es más complejo, pero fácil de entender y la tecnología utilizada es más madura.

Fig. 1.2 Una lente de enfoque de 8º orden (convergencia en frente de fase de haces colimados a intervalos de fase 2π para garantizar que todos los haces difractados por la DOE incidan en un punto central situado por encima de la DOE a una distancia F).