หลักการและการพัฒนาขององค์ประกอบแสงแบบเลี้ยวเบน

องค์ประกอบแสงแบบเลี้ยวเบน (Diffraction optical element) คือองค์ประกอบแสงชนิดหนึ่งที่มีประสิทธิภาพการเลี้ยวเบนสูง ซึ่งอาศัยทฤษฎีการเลี้ยวเบนของคลื่นแสง และใช้การออกแบบด้วยคอมพิวเตอร์และกระบวนการผลิตชิปเซมิคอนดักเตอร์เพื่อกัดโครงสร้างแบบขั้นบันไดหรือแบบต่อเนื่องบนวัสดุรองรับ (หรือพื้นผิวของอุปกรณ์ออปติกแบบดั้งเดิม) องค์ประกอบแสงแบบเลี้ยวเบนมีความบาง น้ำหนักเบา ขนาดเล็ก มีประสิทธิภาพการเลี้ยวเบนสูง มีองศาอิสระในการออกแบบหลายระดับ มีเสถียรภาพทางความร้อนที่ดี และมีคุณสมบัติการกระจายตัวที่เป็นเอกลักษณ์ องค์ประกอบแสงเหล่านี้เป็นส่วนประกอบสำคัญของอุปกรณ์ออปติกหลายชนิด เนื่องจากการเลี้ยวเบนมักนำไปสู่ข้อจำกัดด้านความละเอียดสูงของระบบออปติก ออปติกแบบดั้งเดิมจึงพยายามหลีกเลี่ยงผลกระทบเชิงลบที่เกิดจากปรากฏการณ์การเลี้ยวเบน จนกระทั่งในช่วงทศวรรษ 1960 การประดิษฐ์และการผลิตโฮโลแกรมแบบอะนาล็อกและโฮโลแกรมคอมพิวเตอร์ที่ประสบความสำเร็จ รวมถึงไดอะแกรมเฟสไดอะแกรม ได้ก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่ในแนวคิด ในช่วงทศวรรษ 1970 แม้ว่าเทคโนโลยีโฮโลแกรมคอมพิวเตอร์และไดอะแกรมเฟสจะพัฒนาไปอย่างราบรื่นมากขึ้นเรื่อยๆ แต่การผลิตชิ้นส่วนโครงสร้างไฮเปอร์ไฟน์ที่มีประสิทธิภาพการเลี้ยวเบนสูงในช่วงความยาวคลื่นที่มองเห็นและใกล้อินฟราเรดก็ยังคงเป็นเรื่องยาก จึงจำกัดขอบเขตการใช้งานจริงของชิ้นส่วนออปติกแบบเลี้ยวเบน ในช่วงทศวรรษ 1980 กลุ่มวิจัยนำโดย WBVeldkamp จากห้องปฏิบัติการลินคอล์น MIT ในสหรัฐอเมริกา ได้นำเทคโนโลยีการพิมพ์หินของการผลิต VLSI มาใช้ในการผลิตชิ้นส่วนออปติกแบบเลี้ยวเบนเป็นครั้งแรก และได้เสนอแนวคิด "ออปติกแบบไบนารี" หลังจากนั้น วิธีการประมวลผลใหม่ๆ มากมายก็เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่อง รวมถึงการผลิตชิ้นส่วนออปติกแบบเลี้ยวเบนคุณภาพสูงและใช้งานได้หลากหลาย ส่งผลให้การพัฒนาชิ้นส่วนออปติกแบบเลี้ยวเบนมีความก้าวหน้าอย่างมาก

ประสิทธิภาพการเลี้ยวเบนขององค์ประกอบออปติกแบบเลี้ยวเบน

ประสิทธิภาพการเลี้ยวเบนเป็นหนึ่งในดัชนีสำคัญในการประเมินองค์ประกอบแสงแบบเลี้ยวเบนและระบบแสงแบบเลี้ยวเบนแบบผสมกับองค์ประกอบแสงแบบเลี้ยวเบน หลังจากแสงผ่านองค์ประกอบแสงแบบเลี้ยวเบน จะเกิดลำดับการเลี้ยวเบนหลายลำดับ โดยทั่วไปจะพิจารณาเฉพาะแสงจากลำดับการเลี้ยวเบนหลักเท่านั้น แสงจากลำดับการเลี้ยวเบนอื่นๆ จะก่อให้เกิดแสงรบกวนบนระนาบภาพของลำดับการเลี้ยวเบนหลักและลดความคมชัดของระนาบภาพ ดังนั้น ประสิทธิภาพการเลี้ยวเบนขององค์ประกอบแสงแบบเลี้ยวเบนจึงส่งผลโดยตรงต่อคุณภาพการถ่ายภาพขององค์ประกอบแสงแบบเลี้ยวเบน

การพัฒนาองค์ประกอบแสงแบบเลี้ยวเบน

ด้วยองค์ประกอบแสงแบบกระจายแสงและหน้าคลื่นควบคุมที่ยืดหยุ่น ระบบและอุปกรณ์แสงจึงพัฒนาไปสู่การให้แสง ขนาดเล็กลง และผสานรวมเข้าด้วยกัน จนกระทั่งถึงช่วงทศวรรษ 1990 การศึกษาองค์ประกอบแสงแบบกระจายแสงได้กลายเป็นหัวข้อหลักในสาขาแสง ส่วนประกอบเหล่านี้สามารถนำไปใช้อย่างแพร่หลายในการแก้ไขหน้าคลื่นเลเซอร์ การสร้างโปรไฟล์ลำแสง เครื่องกำเนิดอาร์เรย์ลำแสง การเชื่อมต่อแสง การคำนวณแบบขนานแสง การสื่อสารด้วยแสงผ่านดาวเทียม และอื่นๆ