หลักการและการพัฒนาองค์ประกอบทางแสงแบบเลี้ยวเบน

องค์ประกอบแสงแบบเลี้ยวเบนเป็นองค์ประกอบแสงชนิดหนึ่งที่มีประสิทธิภาพการเลี้ยวเบนสูง ซึ่งอิงตามทฤษฎีการเลี้ยวเบนของคลื่นแสง และใช้การออกแบบโดยใช้คอมพิวเตอร์ช่วยและการผลิตชิปเซมิคอนดักเตอร์เพื่อสลักโครงสร้างแบบขั้นบันไดหรือแบบต่อเนื่องบนพื้นผิว (หรือพื้นผิวของอุปกรณ์แสงแบบดั้งเดิม) องค์ประกอบแสงแบบเลี้ยวเบนมีลักษณะบาง เบา ขนาดเล็ก มีประสิทธิภาพการเลี้ยวเบนสูง มีอิสระในการออกแบบหลายระดับ มีเสถียรภาพทางความร้อนที่ดี และมีลักษณะการกระจายแสงที่เป็นเอกลักษณ์ จึงเป็นส่วนประกอบสำคัญของเครื่องมือทางแสงหลายชนิด เนื่องจากการเลี้ยวเบนนำไปสู่ข้อจำกัดของความละเอียดสูงของระบบแสงเสมอมา ทัศนศาสตร์แบบดั้งเดิมจึงพยายามหลีกเลี่ยงผลกระทบที่ไม่พึงประสงค์ที่เกิดจากการเลี้ยวเบนมาโดยตลอด จนกระทั่งช่วงทศวรรษ 1960 การประดิษฐ์และการผลิตโฮโลแกรมแบบอนาล็อกและโฮโลแกรมคอมพิวเตอร์ รวมถึงแผนภาพเฟส ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่ในแนวคิดนี้ ในช่วงทศวรรษ 1970 แม้ว่าเทคโนโลยีโฮโลแกรมคอมพิวเตอร์และไดอะแกรมเฟสจะพัฒนาไปอย่างต่อเนื่อง แต่ก็ยังยากที่จะสร้างองค์ประกอบโครงสร้างละเอียดพิเศษที่มีประสิทธิภาพการเลี้ยวเบนสูงในช่วงความยาวคลื่นที่มองเห็นได้และใกล้กับอินฟราเรด ซึ่งจำกัดขอบเขตการใช้งานจริงขององค์ประกอบทางแสงแบบเลี้ยวเบน ในช่วงทศวรรษ 1980 กลุ่มวิจัยที่นำโดย WBVeldkamp จากห้องปฏิบัติการ MIT Lincoln ในสหรัฐอเมริกา ได้นำเทคโนโลยีการพิมพ์หิน (lithography) ของการผลิต VLSI มาใช้ในการผลิตชิ้นส่วนทางแสงแบบเลี้ยวเบนเป็นครั้งแรก และเสนอแนวคิด "เลนส์ไบนารี" หลังจากนั้น วิธีการประมวลผลใหม่ๆ ต่างๆ ก็เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่อง รวมถึงการผลิตชิ้นส่วนทางแสงแบบเลี้ยวเบนคุณภาพสูงและใช้งานได้หลากหลาย ซึ่งช่วยส่งเสริมการพัฒนาองค์ประกอบทางแสงแบบเลี้ยวเบนอย่างมาก

ประสิทธิภาพการเลี้ยวเบนขององค์ประกอบทางแสงแบบเลี้ยวเบน

ประสิทธิภาพการเลี้ยวเบนเป็นดัชนีสำคัญอย่างหนึ่งในการประเมินองค์ประกอบทางแสงแบบเลี้ยวเบนและระบบทางแสงแบบเลี้ยวเบนผสมที่มีองค์ประกอบทางแสงแบบเลี้ยวเบน หลังจากแสงผ่านองค์ประกอบทางแสงแบบเลี้ยวเบนแล้ว จะเกิดลำดับการเลี้ยวเบนหลายลำดับ โดยทั่วไปแล้ว จะให้ความสนใจเฉพาะแสงในลำดับการเลี้ยวเบนหลักเท่านั้น แสงในลำดับการเลี้ยวเบนอื่นๆ จะก่อให้เกิดแสงรบกวนบนระนาบภาพของลำดับการเลี้ยวเบนหลักและลดความคมชัดของระนาบภาพ ดังนั้น ประสิทธิภาพการเลี้ยวเบนขององค์ประกอบทางแสงแบบเลี้ยวเบนจึงส่งผลโดยตรงต่อคุณภาพการสร้างภาพขององค์ประกอบทางแสงแบบเลี้ยวเบนนั้น

การพัฒนาองค์ประกอบทางแสงแบบเลี้ยวเบน

เนื่องจากองค์ประกอบทางแสงแบบเลี้ยวเบนและการควบคุมหน้าคลื่นที่ยืดหยุ่น ทำให้ระบบและอุปกรณ์ทางแสงได้รับการพัฒนาให้มีน้ำหนักเบา ขนาดเล็ก และรวมเข้าด้วยกันได้มากขึ้น จนกระทั่งถึงทศวรรษ 1990 การศึกษาเกี่ยวกับองค์ประกอบทางแสงแบบเลี้ยวเบนได้กลายเป็นแนวหน้าของวงการแสง องค์ประกอบเหล่านี้สามารถนำไปใช้ได้อย่างกว้างขวางในการแก้ไขหน้าคลื่นเลเซอร์ การสร้างโปรไฟล์ลำแสง เครื่องกำเนิดลำแสงแบบอาร์เรย์ การเชื่อมต่อทางแสง การคำนวณแบบขนานทางแสง การสื่อสารทางแสงผ่านดาวเทียม และอื่นๆ