Микро-нано обработка | Введение в дифракционную оптику

Дифракционный оптический элемент (DOE) - это особый тип оптического компонента, который отклоняет свет под точным углом θm к величине m и выражается следующим уравнением:

Луч света, падающий на решетку под углом θi к нормали решетки, будет дифрагирован на один или несколько лучей света с углом выхода θdm, причем θdm является функцией периода Λ. где ni - показатель преломления падающей среды; nd - показатель преломления выходящей среды; m - уровень дифракции, который для большинства применений равен m = 1. Другие различные уровни дифракции также приведены на рис. 1.1, но их дифракционные эффективности не обозначены. Для линз важно минимизировать эффективность дифракционных ступеней, отличных от той, которую вы хотите использовать (обычно это ступень m=+1).

Рисунок 1.1 Угол излучения в зависимости от периода решетки, показателя преломления и уровня дифракции (на рисунке приведены некоторые уровни пропускания и отражения)

Период - это параметр, который контролируется по бокам с помощью фотолитографии и может быть указан в спецификациях вплоть до нанометров. Для линз с малыми аберрациями такой особый контроль латерального положения периода делает DOE более востребованной деталью. Например, общее применение линз заключается в сведении света в пятно, а дифракционные линзы могут быть разработаны и изготовлены для достижения дифракционно ограниченных размеров пятна. На рис. 1.2 показана фокусирующая линза 8-го порядка, способная свести фазовый фронт пучка параллельного света, падающего с интервалом 2π, так, чтобы весь свет, дифрагированный на ДОЭ, был сфокусирован в центральной точке над ДОЭ на расстоянии F. ДОЭ - это дифракционно ограниченное пятно. Фазовый фронт, необходимый для приведения параллельных пучков в фокус, легко определяется с помощью процедуры трассировки лучей. Положение и расстояние каждого дискретного фазового фронта 2π соответствует периоду положения каждой точки на МЭ. Эти значения вводятся в CAD-программу и преобразуются в серию фотолитографических шаблонов, используемых в процессе изготовления МЭ. Процесс сложный, но простой для понимания, а используемая технология является зрелой.

Рисунок 1.2 Фокусирующая линза 8-го порядка (фазовое сближение коллимированных пучков, разнесенных на 2π фаз, чтобы все пучки, дифрагированные на ДОЭ, падали на центральную точку над ДОЭ на расстоянии F)