衍射元件是薄相元件，通過干涉和衍射來產生任意分布的光或幫助設計光學系統。

VIAVI Solutions 設計和制造具有二進制和模擬相位曲線的衍射元件。

二元元件的效率接近 80%（忽略表面損耗），如果特征尺寸太小而無法進行模擬制造，并且所需圖案具有中心對稱性，則通常代表具有成本效益的解決方案。

中心對稱意味著如果 I（m，n） 表示衍射階 （m，n） 的強度，則

I（-m，-n） = I（m，n）

如果要生產的圖案或點陣列具有中心對稱性，則可以使用二元相位掩模制造，否則它需要是連續的。

例如，我們可以使用二元元素來產生方形擴散器，但不能生成三角形擴散器。

VIAVI Solutions 還生產模擬連續相位衍射元件。

連續元件的效率達到 90% 以上（忽略表面損失），并能夠生產更通用的圖案。

衍射元件通常在準直、相干照明下工作，如下所示的幾何形狀，并帶有可選的聚焦透鏡。

典型的問題是在給定圖像平面中所需的強度分布的情況下計算衍射元件表面結構。

VIAVI Solutions 開發了嚴格的設計和建模規范，可優化衍射元件，最大限度地提高特定制造方法的性能。

以下是 VIAVI Solutions 設計和制造的一些衍射元件：

• 衍射透鏡
• 分束器（點陣列）
• 衍射擴散器
• 校正板

衍射透鏡

衍射透鏡可用于減少傳統透鏡系統中的元件數量，并消除在校正色差時對異物材料的需求。

衍射透鏡是非常薄的元件，總深度高度等于 λ/（n – 1），其中 λ 是工作波長，n 是折射率。衍射透鏡由一系列區域組成，這些區域在透鏡邊緣變得更細。

一般來說，衍射元件在單一波長下效果最好。在任何其他波長下，效率和圖像對比度都會降低。

然而，對于具有一定數量的離散波長（2、3、…）的應用，可以設計出一種衍射透鏡，在每個波長下都顯示出 100% 的理論效率。我們將這種特殊設計稱為“MOD”透鏡，它代表“多階衍射”透鏡。

MOD透鏡*比傳統衍射透鏡深一點，為整數因子p。同時，區域大小增加。

*關于MOD鏡頭的有用參考：

1. D. Faklis 和 G. M. Morris，“多階衍射透鏡的光譜特性”，Appl. Opt. 34， 2462 （1995）。
2. D. Faklis 和 G. M. Morris，美國專利 #5,589,982

分束器（點陣列）

衍射元件的常見用途是將激光束分裂成一系列光斑。在這種情況下，入射到元件上的通常準直光束被分離成一個陣列，可以是一維的，也可以是二維的。

產生分束器的衍射元件基本上是具有一些復雜形狀的光柵，可產生所需的光斑分布。

生產衍射分束器有兩種基本設計方法：二進制和模擬解決方案。

如果所需的光斑分布是中心對稱的，則二元解決方案是生產分束器的最常見和最有用的方法之一。

下面是一個 25×5 點陣列的示例，說明了二進制設計的一些主要特征。

模擬設計解決方案的理論效率可以達到90%以上，但需要更復雜的生產技術。

VIAVI Solutions 開發了設計和分析模型，以生成和評估一般衍射元件的解決方案，特別是分束器的解決方案。我們還可以以二進制或模擬格式生成這些元素。

為了產生模擬衍射，我們利用激光寫入技術來產生連續變化的表面，從而產生所需的光斑分布。

下面的示例顯示了投影箭頭的曲面圖案的一部分。

衍射擴散器

衍射元件還可以用作擴散器，為某些特殊應用（如光刻照明系統）提供受控照明。

與折射擴散器（例如我們的工程擴散器™）相比，衍射擴散器的主要優點是強度下降急劇，其寬度與工作波長處的入射光束尺寸對應的衍射極限光斑一樣寬。

衍射擴散器可以采用二進制或模擬相函數來實現，效率分別約為 80% 和 90-95%。

使用二元相位函數實現的衍射圓形擴散器。

此示例說明了衍射擴散器的一個常見問題：零階。該擴散器正在用氦氖激光器照射，但其相位深度對于該光源并不完全正確。因此，零階比其他階更亮。

其他由具有二元相位函數的衍射擴散器產生的光分布示例。

如果散射角較小，模擬相位函數也可用于提高效率和降低對深度誤差的敏感度，從而最大限度地減少零階。

校正板

在某些應用中，光學系統的某個點需要特定的波前，但無論出于何種原因，實際波前都不會顯示所需的形式。

如果與理想波前偏差是一致且可重復的，則可以引入校正板，通過在孔徑的各個點感應適當的相位延遲來校正波前，以產生所需的波前。

在典型的波前校正器應用中，輸入波前包含一些失真，需要消除這些失真才能產生均勻、平坦的波前。

校正板引入與輸入波前相匹配的相位延遲，以消除不需要的變化。

顯然，校正板需要與入射波前對齊，如果波前中的失真是可重復且靜止的，則效果最佳。

VIAVI Solutions 激光寫入技術能夠生產高精度的校正板，即使需要校正高頻波前失真。