小序

原理&应用

光束在撒播相同时间内，，，光程长的走的慢，，，光程短的走的快，，，波阵面就会转向，，，意味着光束偏折了。。。。而DOE可用微结来构制造差别的光程差，，，应用薄元件近似来改变相位，，，从而实现光束的调制。。。。其生长至今，，，在应用上分成三个偏向：整形，，，分束，，，聚焦。。。。

整形在近，，，远场均可实现平顶型，，，M型，，，图案定制等光束整形。。。。在激光加工，，，医美激光，，，光纤耦入，，，武器瞄点，，，3D传感中均有应用
；；；；；；；

分束应用光栅衍射级来实现，，，包括一维&阵列分束。。。。在结构光计划中的散斑复制，，，激光多路加工，，，激光雷达多路感测中均有应用
；；；；；；；

聚焦包括单点，，，多点，，，线段聚焦等等。。。。主要集中在激光加工领域中，，，切割，，，裂片，，，倒角等等。。。。

整形有匀化，，，形貌两类着重。。。。匀化着重的计划除DOE&自由曲面之外，，，尚有单片随机MLA(micro lens array微透镜阵列)，，，阵列MLA模组匀化等计划，，，如图1。。。。

图1 左上图阵列MLA模组匀化计划[1]; 右上图单DOE实现方形匀化和整形[1]; 左下图自由曲面实现光束整形[1]; 右下图随机MLA整形计划[2]

着重形貌的整形计划集中在DOE&自由曲面上。。。。相比MLA类计划的整形，，，其边沿会更为锐利，，，相对的角度会更小一些。。。。最常见的就是对单色高斯基模举行远场圆形，，，方形平顶整形，，，见图2。。。。别的尚有其他整形好例如形，，，环形，，，甜甜圈形等等，，，理论上恣意形貌均可实现。。。。

图2  从左到右为圆形，，，方形，，，甜甜圈形，，，环形整形[5]

好比在光纤耦入端，，，十分强调光强漫衍曲线，，，整形的无邪性为其提供了调制的可能。。。。武器的激光瞄点需要十字的标识，，，该特制的光斑形貌需要整形才华来完成。。。。在扫地机械人的避障感测模组，，，需要输出细线形光斑，，，也需要整形来搭配实现。。。。

相比于靠膜层透反射分束的cubic-PBS，，，分束DOE依赖光栅的周期结构来调制衍射级的能量。。。。分束DOE的微结构一ㄇ周期化的，，，凭证周期偏向可分成一维和二维光栅，，，见图4。。。。

投射器模组中的vcsel光源自己的几百个孔径远不敷模组上万点的要求，，，需要DOE举行分束复制才华实现，，，见图3。。。。模组的主要组成部分即为光源，，，lens，，，DOE等组成，，，见图4。。。。

图3  vcsel经由DOE分束复制后的大宗散斑[6]

图4  上图为DOE阵列分束的光路示意图[5]; 左下图为一维光栅1*9分束，，，右下图为二维光栅5*5分束[7]。。。。

由分束DOE组成的透射器模组，，，主要效劳于3D深度感测，，，在结构光计划和dTOF计划中均有应用。。。。落地应用主要在智能家具扫地机械人和人脸识别的门锁，，，手机终端的人脸识别和无人机测绘扫描中。。。。

聚焦DOE凭证焦点类型分成单焦点，，，多焦点，，，一连聚焦，，，相比整形DOE在XOY平面的光强调制，，，聚焦DOE是在z轴上的光强调制。。。。在激光加工的应用中，，，切割的质料厚度需要和激光焦深匹配。。。。当切割质料过厚对应的焦深也要增添，，，一种步伐就是接纳多焦点，，，另一种就是一连聚焦。。。。

图5  上图为多焦点的光路示意图
；；；；；；；下图为z轴上3个焦点的漫衍[8]

随着自动化加工的要求越来越高，，，所有切削更高厚度，，，定制化倒角，，，以及切割面粗糙度的处置惩罚，，，都对聚焦DOE提出了更高的要求。。。。

一样平常小FOV的DOE，，，均可以接纳多阶化(8阶甚至16阶)的结构来实现。。。。加工方法可以分成刻蚀DOE以及纳米压印DOE。。。。？？？？？？淌碊OE耐热性，，，可靠性更高，，，更适合极端条件下事情，，，纳米压印DOE本钱更低，，，更适合消耗电子类低本钱的应用。。。。

图6   DOE的刻蚀模板加工历程

a 掩模版转移到光刻胶上
；；；；；；；b 胶结构刻蚀到玻璃基材上

c 获得DOE[6]

[1]Homburg, Oliver et al. “Efficient beam shaping for highpower laser applications.” Laser Technik Journal 4 (2007): 44-47.

[2]Xue, L.; Pang, Y.; Liu, W.; Liu, L.; Pang, H.; Cao, A.; Shi, L.; Fu, Y.; Deng, Q. Fabrication of Random Microlens Array for Laser Beam Homogenization with High Efficiency. Micromachines 2020, 11, 338.

[3]Fienup, James R.. “Phase retrieval algorithms: a comparison.” Applied optics 21 15 (1982): 2758-69.
[4]Rudnaya S , Misemer D , Santosa F .Rational design of a diffractive homogenizer for a laser beam[J].Journalof Engineering Mathematics, 2002,43(2/4) : 189-199.

[5]Katz, S., Kaplan, N. and Grossinger, I. (2018), Using Diffractive Optical Elements. LTJ, 15: 29-32

[6]https://www.digigram.com.tw/en/prd/vesel

[7]Umhofer, Udo, Erwin J?ger and Christian Bischoff. “Refractive and diffractive laser beam shaping optics.” Laser Technik Journal 8 (2011): 24-27.

[8]Doskolovich LL, Bezus EA, Morozov AA, et al. Multifocal diffractive lens generating several fixed foci at different design wavelengths. Optics Express. 2018 Feb;26(4):4698-4709

微纳研究所

BB视讯光电微纳研究所，，，专注于微纳光学新产品市场手艺调研及研发事情。。。。通过自编算法与设计，，，配备偕行业高端装备，，，具备芯片镀膜、晶圆光刻、干/湿法刻蚀、纳米压印等焦点手艺开发和量产能力。。。。现在微纳所已开发的产品包括DOE、扩散片、PBS偏振片、超透镜等，，，普遍应用于消耗电子、车载HUD等领域，，，可以凭证客户需求提供从产品设计开发到量产制造一站式效劳。。。。

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