עקרון ופיתוח של אלמנטים אופטיים דיפרקטיביים

אלמנט אופטי של דיפרקציה הוא סוג של אלמנט אופטי בעל יעילות דיפרקציה גבוהה, המבוסס על תורת הדיפרקציה של גלי אור ומשתמש בתכנון בעזרת מחשב ובתהליך ייצור שבבי מוליכים למחצה כדי לחרוט את מבנה התבליט המדורג או הרציף על המצע (או על פני השטח של מכשיר אופטי מסורתי). אלמנטים אופטיים של דיפרקציה הם דקים, קלים, קטנים בגודלם, בעלי יעילות דיפרקציה גבוהה, דרגות חופש עיצוב מרובות, יציבות תרמית טובה ומאפייני פיזור ייחודיים. הם רכיבים חשובים של מכשירים אופטיים רבים. מכיוון שדיפרקציה תמיד מובילה למגבלת הרזולוציה הגבוהה של מערכת אופטית, אופטיקה מסורתית תמיד מנסה להימנע מההשפעות השליליות הנגרמות על ידי אפקט הדיפרקציה עד שנות ה-60, עם המצאת וייצור מוצלח של הולוגרפיה אנלוגית והולוגרמה ממוחשבת כמו גם דיאגרמת פאזה גרמו לשינוי גדול בתפיסה. בשנות ה-70, למרות שטכנולוגיית ההולוגרמה הממוחשבת ודיאגרמת הפאזה הפכה מושלמת יותר ויותר, עדיין היה קשה לייצר אלמנטים של מבנה היפר-עדין עם יעילות דיפרקציה גבוהה באורכי גל גלויים וקרוב לאינפרא אדום, ובכך הגבילה את טווח היישום המעשי של אלמנטים אופטיים דיפרקטיביים. בשנות ה-80, קבוצת מחקר בראשות WBVeldkamp ממעבדת לינקולן של MIT בארצות הברית הציגה לראשונה את טכנולוגיית הליתוגרפיה של ייצור VLSI בייצור רכיבים אופטיים דיפרקטיביים, והציעה את מושג ה"אופטיקה הבינארית". לאחר מכן, שיטות עיבוד חדשות שונות המשיכו לצוץ, כולל ייצור רכיבים אופטיים דיפרקטיביים באיכות גבוהה ורב-תכליתיים. בכך קידמו רבות את פיתוחם של רכיבים אופטיים דיפרקטיביים.

יעילות דיפרקציה של אלמנט אופטי דיפרקטיבי

יעילות דיפרקציה היא אחד המדדים החשובים להערכת אלמנטים אופטיים דיפרקטיביים ומערכות אופטיות דיפרקטיביות מעורבות עם אלמנטים אופטיים דיפרקטיביים. לאחר שהאור עובר דרך האלמנט האופטי הדיפרקטיבי, ייווצרו מספר סדרי דיפרקציה. באופן כללי, רק האור מסדר הדיפרקציה הראשי מוקדש. אור מסדרי דיפרקציה אחרים ייצור אור תועה על מישור התמונה של סדר הדיפרקציה הראשי ויפחית את הניגודיות של מישור התמונה. לכן, יעילות הדיפרקציה של האלמנט האופטי הדיפרקטיבי משפיעה ישירות על איכות ההדמיה של האלמנט האופטי הדיפרקטיבי.

פיתוח אלמנטים אופטיים דיפרקטיביים

בשל האלמנט האופטי הדיפרקטיבי וחזית גל הבקרה הגמישה שלו, המערכת והמכשירים האופטיים מתפתחים לאור, ממוזערים ומשולבים. עד שנות ה-90, חקר האלמנטים האופטיים הדיפרקטיביים הפך לחזית התחום האופטי. רכיבים אלה יכולים לשמש באופן נרחב בתיקון חזית גל לייזר, עיצוב פרופילי קרן, מחולל מערך קרן, חיבור אופטי, חישוב מקבילי אופטי, תקשורת אופטית לוויינית וכן הלאה.