衍射光学元件
反射式光栅衍射效应
反射式光栅衍射效应引言：反射式光栅是一种重要的光学元件，其具有独特的衍射效应。
本文将介绍反射式光栅的原理、衍射效应以及其应用领域。
一、反射式光栅的原理反射式光栅是由一系列平行排列的刻线构成的光学元件。
这些刻线可以是等间距的，也可以是不等间距的。
当入射光线照射到光栅上时，会发生衍射现象。
其基本原理可以通过菲涅尔衍射和赫密特衍射理论来解释。
二、反射式光栅的衍射效应1. 衍射角和主极大：当光线照射到反射式光栅上时，会产生不同的衍射角。
其中，主极大对应的衍射角是最小的，其他极大则相对较弱。
这些极大和极小值的位置可以根据光栅的参数进行计算。
2. 衍射级数：反射式光栅的衍射效应中存在着多个级数。
最常见的是正级和负级，它们分别对应着主极大两侧的次级、三级，以及次级两侧的负级、负三级。
3. 衍射效率：反射式光栅衍射效应中，只有特定波长的光会被有效地衍射出来，其他波长的光则会发生干涉和相消。
这种选择性衍射使得反射式光栅在分光、波长选择等方面具有广泛的应用。
三、反射式光栅的应用领域1. 光谱分析：反射式光栅可以将入射光线按照不同波长进行衍射，从而实现光谱的分离和分析。
它在化学、物理、天文等领域中广泛应用于光谱仪器中。
2. 激光技术：反射式光栅可以用作激光器中的输出镜片，通过其衍射效应实现激光束的分光、调整和形态控制。
3. 光学测量：反射式光栅可以用于测量光源的波长、入射角度等参数。
在光学仪器中，它常被用于作为标准参考元件。
4. 光通信：反射式光栅也被广泛应用于光通信领域，用于光纤的波长分离和光谱调制。
结论：反射式光栅是一种重要的光学元件，具有独特的衍射效应。
通过控制光栅的参数和入射光线的特性，可以实现对光的分光、分离、调整和形态控制。
反射式光栅在光谱分析、激光技术、光学测量和光通信等领域都有广泛的应用。
随着科学技术的不断发展，反射式光栅将继续发挥重要作用，并在更多的领域中得到应用和推广。
衍射光学元件示意图,衍射元件应用原理图
衍射光学元件示意图经过多年发展，海纳光学已经成为国内极具权威的衍射光学元件供应商。
衍射光学元件主要分为光束整形器、分束器、多焦点DOE、长焦深DOE、衍射锥镜、螺旋相位片、匀化片和其它图案的衍射元件DOE。
这里我们挑选较常用的整形镜、分束器、多焦点DOE，专门给出了这些衍射光学元件的示意图，衍射元件应用原理图，让用户能够对衍射元件的使用、安装位置和衍射过程一目了然。
一、光束整形器，整形镜，Beam Shaper, Top hat beam shaper平顶光束整形器的作用是把高斯光束转换为平顶光束，即高斯整平顶。
平顶光斑具有效率高、光斑小、能量均匀性好等特点，顶部能量绝对均匀，边缘陡峭，无高级次衍射，也称为平顶帽式光斑。
光束整形器又称为整形镜，高斯整平顶DOE，平顶光整形器，平顶帽式整形镜，平顶光DOE，是最具代表性的衍射光学元件之一。
下面图片可以清晰地看到整形镜获得平顶光斑的过程，整形镜得到的平顶光斑的尺寸为衍射极限的1.5倍~几百倍，要求入射的高斯光束为TEM00的单模光。
一般整形镜的衍射效率>93%，均匀性>95% (多台阶整形镜)，对安装精度要求较高。
整形镜不仅可以把入射光整形成圆形、正方形，还可以整形成直线、长方形、六边形等其它用户需要的形状。
下图是把高斯光整形成直线光斑的示意图，这里我们用到一个模组而不是单独的镜片，这个模组成为Leanline，其克服了整形镜的工作距离限制，能够在一定工作距离范围内保持光束整形的效果。
二、匀化器、匀化镜、均匀光斑DOE、扩散片，Homogenizer, Diffuser激光匀化器的作用是把入射激光转换成能量均匀分布的光斑，这里的光斑尺寸一般较大，形状可以为圆形、正方形、线性、六边形和其它任意用户想要定制的形状。
入射激光可以为单模或多模，衍射效率70%~90%不等。
下图清晰地给出了匀化器的匀化过程，一般的结构是激光通过匀化器和聚焦系统后即可匀化，但这里还配合了一个激光扩束缩束镜，通过调节这个扩束缩束镜就可以直接调节输出光斑的大小。
doe衍射光学衍射效率和透过率的区别
doe衍射光学衍射效率和透过率的区别摘要：一、引言二、衍射光学的基本概念1.衍射2.衍射光学元件3.衍射效率和透过率的关系三、衍射效率和透过率的区别1.定义和含义2.影响因素3.实际应用中的考虑四、提高衍射效率和透过率的方法1.优化设计2.材料选择3.制备工艺五、展望与结论正文：一、引言衍射光学作为光学领域的一个重要分支，研究光通过光学系统时的传播特性。
其中，衍射效率和透过率是描述衍射光学性能的两个关键指标。
本文将详细阐述这两者的区别，并探讨提高衍射效率和透过率的方法。
二、衍射光学的基本概念1.衍射衍射是指光通过狭缝、孔径或遇到粗糙表面时，光波传播方向的改变。
衍射现象是光波的固有属性，与光波的波长、传播距离和障碍物尺寸等因素有关。
2.衍射光学元件衍射光学元件（DOE）是一种具有特殊光学性能的器件，能将入射光按预定模式进行衍射。
DOE广泛应用于光学系统，如激光光束整形、光学通信和光学显示等领域。
3.衍射效率和透过率的關係衍射效率指的是光经过衍射光学元件后，产生衍射光的比例。
透过率则是指光穿透衍射光学元件的能力。
衍射效率和透过率之间存在一定的关系，一般来说，衍射效率越高，透过率越低。
三、衍射效率和透过率的区别1.定义和含义衍射效率：指光经过衍射光学元件产生衍射光的能力，与入射光的波长、角度和元件结构等因素有关。
透过率：指光穿透衍射光学元件的能力，与元件的材料、结构和入射光的波长、角度等因素有关。
2.影响因素衍射效率和透过率的影响因素相似，包括：－入射光的波长和角度－衍射光学元件的结构参数（如孔径、周期等）－材料性质3.实际应用中的考虑在实际应用中，需要根据具体需求权衡衍射效率和透过率。
例如，在激光光束整形领域，通常追求高衍射效率以实现高效的光束传输；而在光学显示领域，透过率较高的衍射光学元件更具实际意义。
四、提高衍射效率和透过率的方法1.优化设计通过计算机模拟和优化算法，设计出具有较高衍射效率和透过率的衍射光学元件。
衍射光学元件及其特性
第9章 衍光射学光系学统元中件的及应其用在现代
9.1.3 衍射光学元件的特性 1.消色差特性 衍射元件的色差由微结构对波长的衍射引起,其色散特性与折射元件正好相反。衍射 光学元件 在可见光波段的等效阿贝数为
4.高衍射效率 衍射效率是衍射光学元件的一项重要性能指标,与其外形轮廓台阶数有关。针对设计 波长和入射角度,设每个 台阶的高度相同,则衍射效率与台阶数的关系为
第9章 衍光射学光系学统元中件的及应其用在现代
可见,衍射效率随着台阶数的增多而增大,即:当台阶数很大(L=32)时,衍射效率接 近于1,如表9 1所列。但由于实 际工艺比较复杂,设计时具体台阶数应视具体任务而定。 但是理论上,衍射光学元件只能对单一波长和设计入射角 度进行精确闪耀,实现高效率特 点。因此,对于较大视场和宽波段的光学系统,衍射效率受到影响。解决上述问题的 方法是 谐衍射透镜(HarmonicDiffractiveLens,HDL),也称为多级衍射透镜。相邻环带间的光程 差是设计波长λ0 的整 数P 倍(P≥2),空气中透镜最大厚度为pλ0/n-1 ( ) ,是普通衍射透 镜的P 倍。
衍射透镜的光热膨胀系数公认为
衍射透镜的光热膨胀系数与透镜材料的折射率及折射率随温度的变化无关,只与透镜 材料热膨胀系数和像空 间折射率随温度的变化有关。因为与大多数光学材料具有的热差特 性相反,衍射光学元件可以补偿折射透镜引起 的热变形。由式(9.11)可知,衍射元件的光热 膨胀系数始终为正,而折射元件的光热膨胀系数有正有负。但是,衍射 元件的光热膨胀系 数与折射元件的光热膨胀系数相比,绝对值很小。在实际设计中,还需要利用正、负光焦度 的热 差效应来实现。设计无热化红外混合光学系统即可根据上述特性设计。
衍射光学元件设计及金刚石单点车削技术的研究
衍射光学元件设计及金刚石单点车削技术的研究1. 引言1.1 概述本文旨在研究衍射光学元件设计及金刚石单点车削技术，并探讨它们在光学工程和制造领域的应用。
随着科学技术的不断发展，光学元件作为重要的光学器件，在各个领域得到了广泛应用。
然而，现有的光学元件设计仍存在一些限制和挑战，因此需要进一步研究改进其设计方法和性能。
另一方面，金刚石单点车削技术作为一种高精度、高效率的加工方法，已经被广泛应用于许多领域。
然而，在复杂形状或特殊要求的材料加工过程中仍存在一些难题，例如车刀选择和材料修整等问题。
因此，通过深入研究金刚石单点车削技术，并探索新的解决方案，可以提高其加工效果并拓展其应用范围。
1.2 文章结构本文共分为五个部分进行阐述。
首先是引言部分，概述了文章的目标、研究内容以及意义；接下来是衍射光学元件设计的部分，包括衍射原理、光学元件分类和设计考虑因素；然后是金刚石单点车削技术的研究部分，介绍了技术的背景及意义、工艺流程与原理以及金刚石车刀与材料选择分析；接着是实验设计与结果分析的部分，包括实验设计方法论、实验结果展示与描述以及结果分析与讨论；最后是结论与展望部分，总结了研究的结果并对存在问题和局限性进行了分析，并展望了未来的研究方向。
1.3 目的本文的主要目的是深入研究衍射光学元件设计及金刚石单点车削技术，并通过实验设计和结果分析来探索其应用效果和潜力。
通过系统地探讨衍射光学元件设计中的原理和因素，希望能够提供一种更全面、有效的设计方法。
同时，通过对金刚石单点车削技术进行详细研究和实践验证，旨在改进该技术在复杂材料加工中遇到的难题，并推动其应用范围的扩大。
通过本文的研究，希望能够为光学工程领域的研究者和从业人员提供有关衍射光学元件设计和金刚石单点车削技术的深入了解和参考。
同时，也期望通过本研究的成果，为未来相关领域的研究提供新的思路和发展方向。
2. 衍射光学元件设计：2.1 衍射原理：衍射是指光在通过一个细缝、孔洞或物体边缘时发生偏折、弯曲并产生干涉现象的现象。
第5章：衍射光学元件优化设计
10
5.1.1.4 其他改进算法
• 输入输出算法 Input-output algorithm
5.1.2 YG(杨-顾)算法
GS算法及其改进算法局限于处理傅里叶变换系统 实际光学系统，非傅里叶变换形式 非幺正变换系统(像差、光阑的存在等) 对多个输出面、多个波长等提出要求 GS算法难以奏效！
• 自适应加法算法 Adaptive-additive algorithm • 自适应乘法算法 Adaptive-multiplicative algorithm • 自适应正则化算法 Adaptive-regularization algorithm
优化
数值解
离散化
如何选择输出面上的采样间隔？ 除了优化时选择的采样点外，其他点也满足需求。 香农采样定理:
采样间隔不够小！
rms=3.3%
精细化采样：
9.0%
42.5%
60.3%
5.9%
11.8%
相同的采样间隔、平移
不同的采样间隔
相同的采样间隔、平移
不同的采样间隔
8
迭代算法总体思路
输入面 输出面
优化过程中控制输出面上采样 间隔加密一倍的采样点
中科院物理所杨国桢、顾本源等应用光学一般变换理 论，提出了幺正变换系统中振幅/相位恢复问题的一 般描述方法，通过严格数学推导，给出了一组确定振 幅/相位分布的联立方程组；并将之推广到非幺正变 换系统。基于联立方程组的迭代算法，原则上可解决 任意线性变换系统中的振幅/相位恢复问题。
4
从泛函分析的角度考虑， 、 可看成平方可 积函数空间L2中的点或元素，积分变换G是平方可积 函数空间L2中点到点的映射或是函数空间L2中的一个 线性变换。 积分变换G可用无限维矩阵 表示。
中国衍射光学元件(DOE)市场现状及未来发展趋势2024年
【重点】全球与中国市场的厂商产品规格、价格、销量、销售收入，市场份额，行业政策，产业链，生产模式，销售模式及未来趋势。
【报告摘要】2021年全球衍射光学元件（DOE）市场销售额达到了3.49亿美元，预计2028年将达到4.54亿美元，年复合增长率（CAGR）为3.74%（2022-2028）。
地区层面来看，中国市场在过去几年变化较快，2021年市场规模为31.99百万美元，约占全球的9.18%，预计2028年将达到47.13百万美元，届时全球占比将达到10.38%。
消费层面来说，目前北美地区是全球最大的消费市场，2021年占有31.53%的市场份额，之后是欧洲和日本，分别占有29.75%和13.18%。
预计未来几年，中国地区增长最快，2022-2028期间CAGR大约为5.31%。
生产端来看，北美和欧洲是两个重要的生产地区，2021年分别占有34.90%和31.06%的市场份额，预计未来几年，中国地区将保持最快增速，预计2028年份额将达到6.92%。
从产品产品类型方面来看，激光分光衍射光学元件占有重要地位，预计2028年份额将达到53.68%。
同时就应用来看，激光材料加工在2021年份额大约是66.57%，未来几年CAGR大约为4.09%。
从生产商来说，全球范围内，衍射光学元件（DOE）核心厂商主要包括Shimadzu Corporation、Newport Corporation (MKS Instruments)、II-VI Incorporated、SUSS MicroTec AG和Zeiss等。
2021年，全球第一梯队厂商主要有Shimadzu Corporation、Newport Corporation (MKS Instruments)和II-VI Incorporated，第一梯队占有大约25.48%的市场份额；第二梯队厂商有Holo/Or Ltd.、Edmund Optics、Omega和Plymouth Grating Lab 等，共占有10.5%份额。
成像衍射光学元件衍射效率的测量方法
成像衍射光学元件衍射效率的测量方法嘿，咱今儿就来聊聊成像衍射光学元件衍射效率的测量方法这档子事儿！你说这成像衍射光学元件啊，就像是个神秘的小盒子，里面藏着好多奇妙的东西。
而这衍射效率呢，就是衡量这个小盒子有多厉害的一个关键指标。
那怎么才能知道它到底厉不厉害呢？这就得靠测量方法啦！想象一下，这就好比咱要知道一个运动员跑得多快，那不得有个专门的法子去测测他的速度嘛。
测量衍射效率也是这么个理儿。
常见的一种方法呢，就是用特定的光源去照这个元件，然后看看光通过它之后是个啥情况。
就好像阳光照在三棱镜上会分出七彩光一样，咱得仔细瞅瞅这光被衍射成啥样了。
这里面的门道可多了去了，角度啦、强度啦，都得细细考量。
还有啊，得有超级精确的仪器来帮忙。
这仪器就像是个超级侦探，能把那些细微的变化都给揪出来。
要是仪器不灵光，那可就抓瞎啦，好比让近视眼去看远处的小字，能看清才怪呢！而且测量的时候，环境也得讲究。
不能有风在那捣乱吧，也不能有乱七八糟的光线来干扰吧。
这就跟咱睡觉似的，得找个安静舒服的地儿才能睡得香呀。
咱再想想，要是测量方法不靠谱，那不就跟瞎猜差不多嘛！那得出的结果能准吗？那可不行！这可是关乎到好多重要应用的呢，比如说在光学仪器里，在高科技设备中，这衍射效率可太关键啦。
咱可不能小瞧了这测量方法，它就像是一把钥匙，能打开成像衍射光学元件这个神秘盒子的秘密。
要是没这把钥匙，咱就只能在外面干瞪眼啦。
所以啊，研究和掌握好成像衍射光学元件衍射效率的测量方法，那绝对是超级重要的事儿。
咱得认真对待，就像对待宝贝一样。
不然怎么能让这些元件发挥出最大的作用呢？总之呢，这测量方法可得好好琢磨，好好研究，让它为我们所用，让成像衍射光学元件在各个领域大放异彩！这可不是开玩笑的哟！。
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➢Top Hat Beam Shaper-高帽光束整形
HOLO/OR几十年来服务于堆栈高帽元件模拟，可以很好地
定义高斯光束，将其在工作平台上转换为均匀强度光斑。
应用领域：激光切割,激光焊接，激光显示，激光医学和审
美激光应用
➢Beam Splitter/Multispot-分束器/多场
分束器元件为衍射光学元件，用于将一束激光光束分离为几束，每束光都有最初那束光的特性，这些特性不包括光能量大小和传播角度。
多束光方向可以形成一维或二维光图像。
应用领域：激光打孔，医疗表面处理，并行处理，并行激光扫描
➢Homogenizer/Diffuser-均化器/扩散器
HOLO/OR有多样且广泛的工业衍射光元件，允
许在合理的价格范围内提供解决方案。
应用领域：允许任何光束类型，小扩散角，自定
义角度，各种波长和尺寸，自定义形状
➢Beam Sampler-光束采样器
HOLO/RO介绍一种新的ED匀化器，由纯石英
玻璃或硒化锌材料组成，可选择在这两种材料表
面进行高功率ARV-镀膜，有利于给出解决方案，
显著减少0.2% 的后向反射。
（每个面0.1%）
应用领域：直插式功率，嵌入式光束分析
➢Dual Wavelength-双波长产生器
衍射光学给出了一个独特的构想，可以只影响
一个波长。
在多波长光束中，双波长光束组合
器是衍射光学元件，用于将两束入射光以不同
的波长组合到相同焦点上，为在所需观察面上
获得一个强光斑，就必须在激光光束射向光斑
的路径上放置一个透明的衍射光学元件。
应用领域：外科手术激光系统，工业二氧化碳激光系统
➢Vortex lens-涡旋透镜
Holo-Or介绍了VL系列涡旋微透镜，由纯石英
玻璃或硒化锌材料组成，可选择在这两种材料
表面进行高功率ARV-镀膜，有利于给出解决方
案，显著减少0.2% 的后向反射。
（每个面0.1%）
应用领域：天文学，光学镊子，加密术
➢Lenslet arrays-微透镜阵列
微透镜阵列基底由微衍射透镜覆盖，微透镜阵
列作为扩散器，或者作为局部焦点和采样点。
衍射微透镜阵列的优势在于其占空因子为
100%，高于折射微透镜阵列。
可以很容易地进
行设计和成像，并修正微透镜成像系统像差。
应用领域：光束扫描仪，焦平面阵列光传感器
➢Multifocal Lenses-多焦点透镜
衍射光学可以从一个入射光产生多个输出光束，而不是典型的折射透镜，沿着光轴由一个焦点获得多个焦点，并都处于焦平面，这样的透镜被称为多焦微透镜，它们对于并行放大系统，光传感，视觉应用等十分重要。
同时，这些透镜也可以应用于准长焦点元件，在材料处理上有效创建长深度焦点。
应用领域：视觉应用，光传感器
➢Optics and polymer optics –光学和聚合物光学
以客户为关注焦点，深入专业知识
我们的光学精密测量，分析，结构和光处理，在工业、医学、科学和研究的许多领域发挥了至关重要的作用，是一个完全集成的系统，独立制造配件。
➢Microoptics –微光学组件
紧密结合了尖端微型和纳米结构领域传统光学技术的创新，具有新的光学功能和提高光利用率。
我们的产品和服务包括微透镜和微透镜阵列，衍射光学元件（DOE），混合光学元件，脉冲压缩光栅，线栅偏振片，数字滤波器，电脑产生的全息图（CGH），MEMS技术，并根据客户的具体要求提供代工服务。
➢Perfect Digital Imaging –完美数字成像
Jenoptik将满足您所有的具挑战性的需求，包括数码相机，影像设备，数码成像模块或完整的数字成像系统，以及数字成像解决方案等。
我们高品质的数码影响产品广泛涉及标准或自定义数码成像设备，采用通用规格，设计用于广泛选择需求的工业和科研相机应用，以及标准或自定义相机，用于系统集成和OEM合作伙伴的数码图像组件和模块。
➢Optoelectronics –光电器件
我们与客户一起开发了一个新的产品，但是我们也
扩展视野并在光电领域支持和使用新一代技术。
我们提供以下产品：
•光电而激光和光电二极管芯片
•LED和LED芯片
•彩色传感器
•模块
•紫外线传感器
•光调制器
➢Inspection Objective Lenses -半导体工
业物镜检测
光检测在半导体行业中扮演了一个关键角色，以满足高需求、零缺陷的要求。
Jenoptik提供客制化DUV微透镜，并装配这些光模块。
成功部署了半导体产业在光学过程的控制系统，提高其性能。
➢Semiconductor Equipment Modules -半导体设备模块
确保高产量是芯片生产得以成功和盈利的关键因素，Jenoptik生产客制化光学模块、DUV微透镜和配件，已成功在半导体行业提供芯片的生产工艺和光学过程控制系统。
➢Diode Lasers -半导体激光器
二极管激光器已在工业、医疗技术和科学研究中使用多年，很难想象如果没有它们，我们的生活会变成怎样。
Jenoptik是您选择为数不多的全球运营商，认证商，全范围高功率半导体激光器供应商之一。
我们全程服务，在二极管激光器领域的技术链包括：
•外延片/层结构
•二极管激光棒&单发射器
•开放式散热器封装的二极管激光器
•二极管激光器堆栈&配置
•光纤耦合&自由空间二极管激光器模块
➢Laser Machines and Laser Technology –激光雕刻机与激光技术
我们的开发工作主要集中在激光技术，这种激光技术使我们在工业领域研发出新的制造技术，它能够精确和快速处理各种材料，例如：
•塑料
•金属
•玻璃
•半导体
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我们为您提供优化的激光加工-为您的特定进程提供整理解决方案。
工业激光器和激光系统：
•薄膜光伏产业
•晶格光电池
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•汽车和供应行业
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➢Light translates into Technology-光转换技术
激光器工作波长从紫外到红外范围，已成
为众多应用在医学、工业、娱乐和国防不
可缺少的一部分。
作为技术创新的先锋，我们正逐步开拓新
的领域-激光灯的精度和效率，完成越来越
多的既定目标，激光工程潜力的创新实力
还远远没有挖掘出来。
➢Efficient Exhaust Cleaning Systems -高效废气清洁系统
市场上出售的产品经常需要更高级材料和产品方法。
自然资源日益稀缺，及环境随之而来的立法
此背景下，Jenoptik Katasorb公司已开发了工业废气处理领域的核心竞争力。