Дифракционный светоделитель

Дифракционный светоделитель [ ^{1] [2]} (также известный как многоточечный генератор луча или генератор массива лучей ) представляет собой один оптический элемент , который делит входной луч на несколько выходных лучей. ^[3] Каждый выходной луч сохраняет те же оптические характеристики, что и входной луч, такие как размер, поляризация и фаза . Дифракционный светоделитель может генерировать либо одномерный массив лучей (1xN), либо двумерную матрицу лучей (MxN), в зависимости от дифракционного узора на элементе . Дифракционный светоделитель используется с монохроматическим светом, таким как лазерный луч , и рассчитан на определенную длину волны и угол разделения между выходными лучами.

Обычно дифракционный расщепитель луча используется в тандеме с фокусирующей линзой , так что массив выходного луча становится массивом сфокусированных пятен на плоскости на заданном расстоянии от линзы, называемом «рабочим расстоянием». Фокусное расстояние линзы вместе с углом разделения между лучами определяет расстояние разделения между сфокусированными пятнами. Эта простая оптическая установка используется в различных исследованиях и промышленных применениях лазеров высокой мощности , которые обычно включают:

• Лазерная гравировка ( солнечные элементы )
• Стеклянная кубиковая резка ( ЖК-дисплеи )
• Перфорация ( сигаретные фильтры )
• Выборка луча ^[4] (мониторинг и управление мощностью)
• 3-D датчик движения ^[5] ( пример )
• Медицинские/эстетические применения (лечение кожи) ^[6]

Теория работы основана на волновой природе света и принципе Гюйгенса (см. также Дифракция ). Проектирование дифракционного узора для светоделителя следует тому же принципу, что и дифракционная решетка , с повторяющимся узором, вытравленным на поверхности подложки. Глубина узора травления примерно равна длине волны света в приложении, с поправочным коэффициентом, связанным с показателем преломления подложки. Узор травления состоит из «периодов» — идентичных единиц подшаблона, которые циклически повторяются. Ширина d периода связана с углом разделения θ между выходными лучами в соответствии с уравнением решетки :

${\displaystyle d\sin \theta _{m}=m\lambda }$

m представляет собой порядок дифрагированного луча , при этом выходной нулевой порядок представляет собой недифрагированное продолжение входного луча.

Хотя уравнение решетки определяет направление выходных лучей, оно не определяет распределение интенсивности света среди этих лучей. Распределение мощности определяется профилем травления в пределах единичного периода, который может включать много (не менее двух) переходов травления с различными рабочими циклами.

В одномерном дифракционном светоделителе дифракционная картина линейна, тогда как двумерный элемент будет иметь сложную картину.

Информацию о процессе производства см. в разделе литография .

• HOLOOR Дифракционный светоделитель
• Видео, демонстрирующее разработку дифракционного светоделителя. IFTA
• Видео.Моделирование распространения света через дифракционный делитель