Micro-Nano Processing | Introduction à l'optique diffractive

Un élément optique diffractif (DOE) est un type spécial de composant optique qui dévie la lumière à un angle précis θm par rapport à la magnitude m et s'exprime par l'équation suivante :

 

Un rayon de lumière incident sur un réseau à un angle θi par rapport à la normale du réseau sera diffracté en un ou plusieurs rayons de lumière avec un angle sortant θdm, θdm étant une fonction de la période Λ. où ni est l'indice de réfraction du milieu incident ; nd est l'indice de réfraction du milieu sortant ; et m est le niveau de diffraction, qui, pour la plupart des applications, est m = 1. D'autres niveaux de diffraction différents sont également indiqués dans la figure 1.1, mais leurs efficacités de diffraction ne sont pas étiquetées. Pour les lentilles, il est important de minimiser l'efficacité des étages de diffraction autres que celui que vous souhaitez utiliser (généralement l'étage m=+1).

Figure 1.1 Angle d'émission en fonction de la période du réseau, de l'indice de réfraction et des niveaux de diffraction (certains niveaux de transmission et de réflexion sont indiqués dans la figure)

 

La période est un paramètre qui est contrôlé latéralement à l'aide de la photolithographie et qui peut être spécifié au niveau du nanomètre dans les spécifications. Pour les lentilles à faible aberration, ce contrôle spécifique de la position latérale de la période fera de la DOE une pièce plus recherchée. Par exemple, l'application générale des lentilles consiste à faire converger la lumière vers un point, et les lentilles diffractives peuvent être conçues et fabriquées pour obtenir des tailles de point limitées par la diffraction. La figure 1.2 montre une lentille de focalisation d'ordre 8 capable de faire converger le front de phase d'un faisceau de lumière parallèle incident à des intervalles de phase de 2π afin de garantir que toute la lumière diffractée par le DOE est focalisée sur un point central au-dessus du DOE à une distance F. Le DOE est une tache limitée par la diffraction. Le front de phase nécessaire à la mise au point des faisceaux parallèles est facilement déterminé à l'aide de la procédure de traçage des rayons. La position et la distance de chaque front de phase discret de 2π correspondent à la période de la position de chaque point sur le DOE. Ces valeurs sont entrées dans un programme de CAO et converties en une série de gabarits photolithographiques utilisés dans le processus de fabrication du DOE. Le processus est complexe, mais facile à comprendre et la technologie utilisée est mature.

Figure 1.2 Une lentille de focalisation d'ordre 8 (convergence en front de phase de faisceaux collimatés tous les 2π phases afin que tous les faisceaux diffractés par le DOE soient incidents sur un point central situé au-dessus du DOE à une distance F).

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