หลักการและการพัฒนาขององค์ประกอบแสงแบบเลี้ยวเบนแสง

องค์ประกอบออปติกการเลี้ยวเบนแสงเป็นองค์ประกอบออปติกชนิดหนึ่งที่มีประสิทธิภาพการเลี้ยวเบนแสงสูง ซึ่งใช้ทฤษฎีการเลี้ยวเบนแสงของคลื่นแสง และใช้การออกแบบด้วยความช่วยเหลือของคอมพิวเตอร์และกระบวนการผลิตชิปเซมิคอนดักเตอร์เพื่อกัดโครงสร้างนูนแบบขั้นบันไดหรือต่อเนื่องบนพื้นผิว (หรือพื้นผิวของอุปกรณ์ออปติกแบบดั้งเดิม) องค์ประกอบออปติกแบบเลี้ยวเบนแสงนั้นบาง เบา มีขนาดเล็ก มีประสิทธิภาพการเลี้ยวเบนแสงสูง มีองศาอิสระในการออกแบบหลายระดับ มีเสถียรภาพทางความร้อนที่ดี และมีลักษณะการกระจายแสงที่เป็นเอกลักษณ์ องค์ประกอบเหล่านี้เป็นส่วนประกอบสำคัญของเครื่องมือออปติกหลายชนิด เนื่องจากการเลี้ยวเบนแสงมักจะทำให้ระบบออปติกมีความละเอียดสูงจำกัด ดังนั้นอุปกรณ์ออปติกแบบดั้งเดิมจึงพยายามหลีกเลี่ยงผลกระทบเชิงลบที่เกิดจากเอฟเฟกต์การเลี้ยวเบนแสงอยู่เสมอ จนกระทั่งในช่วงทศวรรษ 1960 เมื่อมีการประดิษฐ์และผลิตโฮโลแกรมแอนะล็อกและโฮโลแกรมคอมพิวเตอร์ที่ประสบความสำเร็จ รวมถึงไดอะแกรมเฟส ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงแนวคิดครั้งใหญ่ ในช่วงทศวรรษ 1970 แม้ว่าเทคโนโลยีโฮโลแกรมคอมพิวเตอร์และไดอะแกรมเฟสจะพัฒนาไปจนสมบูรณ์แบบมากขึ้น แต่การผลิตองค์ประกอบโครงสร้างไฮเปอร์ไฟน์ที่มีประสิทธิภาพการเลี้ยวเบนสูงในช่วงความยาวคลื่นที่มองเห็นได้และอินฟราเรดใกล้ยังคงเป็นเรื่องยาก จึงจำกัดขอบเขตการใช้งานจริงขององค์ประกอบออปติกแบบเลี้ยวเบน ในช่วงทศวรรษ 1980 กลุ่มวิจัยที่นำโดย WBVeldkamp จากห้องปฏิบัติการลินคอล์น MIT ในสหรัฐอเมริกา ได้นำเทคโนโลยีลิโธกราฟีของการผลิต VLSI มาใช้ในการผลิตส่วนประกอบออปติกแบบเลี้ยวเบนเป็นครั้งแรก และเสนอแนวคิดของ "ออปติกแบบไบนารี" หลังจากนั้น วิธีการประมวลผลใหม่ๆ ต่างๆ ก็ยังคงเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่อง รวมถึงการผลิตส่วนประกอบออปติกแบบเลี้ยวเบนคุณภาพสูงและใช้งานได้หลากหลาย จึงส่งเสริมการพัฒนาองค์ประกอบออปติกแบบเลี้ยวเบนอย่างมาก

ประสิทธิภาพการเลี้ยวเบนขององค์ประกอบออปติกการเลี้ยวเบน

ประสิทธิภาพการเลี้ยวเบนแสงเป็นหนึ่งในดัชนีสำคัญในการประเมินองค์ประกอบออปติกการเลี้ยวเบนแสงและระบบออปติกการเลี้ยวเบนแสงแบบผสมกับองค์ประกอบออปติกการเลี้ยวเบนแสง หลังจากแสงผ่านองค์ประกอบออปติกการเลี้ยวเบนแสงแล้ว ลำดับการเลี้ยวเบนแสงหลายลำดับจะเกิดขึ้น โดยทั่วไปจะให้ความสนใจเฉพาะแสงจากลำดับการเลี้ยวเบนแสงหลักเท่านั้น แสงจากลำดับการเลี้ยวเบนแสงอื่นๆ จะก่อให้เกิดแสงรบกวนบนระนาบภาพของลำดับการเลี้ยวเบนแสงหลักและลดความคมชัดของระนาบภาพ ดังนั้น ประสิทธิภาพการเลี้ยวเบนแสงขององค์ประกอบออปติกการเลี้ยวเบนแสงจึงส่งผลโดยตรงต่อคุณภาพการถ่ายภาพขององค์ประกอบออปติกการเลี้ยวเบนแสง

การพัฒนาองค์ประกอบแสงแบบเลี้ยวเบนแสง

เนื่องจากองค์ประกอบออปติกการเลี้ยวเบนและหน้าคลื่นควบคุมที่ยืดหยุ่น ระบบออปติกและอุปกรณ์จึงพัฒนาไปสู่แสง ขนาดเล็ก และบูรณาการ จนถึงช่วงปี 1990 การศึกษาองค์ประกอบออปติกการเลี้ยวเบนได้กลายเป็นแนวหน้าของสนามออปติก ส่วนประกอบเหล่านี้สามารถใช้กันอย่างแพร่หลายในการแก้ไขหน้าคลื่นเลเซอร์ การสร้างโปรไฟล์ลำแสง เครื่องกำเนิดอาร์เรย์ลำแสง การเชื่อมต่อออปติก การคำนวณแบบขนานออปติก การสื่อสารด้วยแสงผ่านดาวเทียม และอื่นๆ