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Lexikon der Optik: diffraktives optisches Element

diffraktives optisches Element, Abk. DOE, mit Strukturen in der Größenordnung der Lichtwellenlänge versehene optische Fläche oder Schicht, die durch Lichtbeugung an diesen Strukturen optisch wirksame Funktionen realisiert.

Die Strukturen können einerseits durch Interferenz zweier monochromatischer kohärenter Lichtwellenfelder (ohne oder mit Bildinhalt) hergestellt werden. Dann werden die Bauteile auch speziell als holographisch-optische Elemente (HOE) bezeichnet. Beispiele sind holographische Gitter oder optische Funktionen realisierende Hologramme.

Andererseits können die besagten Strukturen auch durch Aufzeichnungsgeräte, wie Aufzeichnung durch Plotter, einen gesteuerten fokussierten Laserstrahl oder einen gesteuerten Elektronenstrahl synthetisch hergestellt werden (A. W. Lohmann, D. P. Paris 1967) (synthetisches Hologramm). Dann spricht man bevorzugt von DOE.

Wesentlich zu fordern sind für diese Elemente eine hohe Beugungseffektivität über ihren gesamten Querschnitt, die Vermeidung von Störungen des Lichtes der benutzten Beugungsordnung durch ebenfalls auftretende andere Beugungsordnungen oder Störlicht einschließlich der nullten Ordnung und die Erfüllung der Korrektionsbedingungen in einem eventuellen optischen System. Von der Beugungseffektivität her sind Phasenstrukturen, beispielsweise Phasengitter, zu bevorzugen. Einfachstes DOE ist die Fresnelsche Zonenplatte, die dem Geradeaushologramm eines Punktes entspricht und zweckmäßigerweise ebenfalls durch ein geblaztes Phasenrelief realisiert wird (Abb. 2). Bei synthetischer Herstellung können die beugenden Strukturen außerordentlich flexibel gestaltet werden. Damit können die DOE verwendet werden als Vergleichsnormale zu Prüfzwecken (Hologramminterferometrie), zur Beseitigung von Abbildungsfehlern bei bevorzugt spektral begrenzter Abbildung, zur Realisierung gewünschter optischer Transformationen von Wellenfeldern (Filterung), zur Beleuchtung vorgegebener Figuren im Raume (Abb. 1), zur Lichtablenkung, Bildvervielfachung, Sicherheitskodierung (Banknoten, Kreditkarten), zur Synthetisierung von polarisationsoptischen Eigenschaften mittels Strukturierung im Sub-Wellenlängenbereich und zu anderen Anwendungen. Für die gemittelte Beugungseffektivität eines DOE bestehen in der Struktur begründete Grenzen (F. Wyrowski, 1990). Die starke Dispersion der DOE ist u.U. ein Nachteil, sie ist jedoch von Vorteil bei der Formung von Femtosekundenimpulsen. Die hohe Flexibilität für monochromatische Anwendungen ist der charakteristische Vorteil der DOE.





Diffraktives optisches Element 1: Aufteilung eines Laserstrahles durch ein dispersives optisches Element (DOE) in 16 Teilstrahlen, die auf einem Kreiskegel liegen, sowie Detail des mit einem Elektronenstrahl geschriebenen DOE (nach H.-J. Rostalski und H. Schwarzer, Berlin).



Diffraktives optisches Element 2: Mit einem Elektronenstrahl auf eine Mikrolinse von 500 μm Durchmesser und 50 μm Höhe geschriebene geblazte "Phasen"-Fresnel-Linse (nach E.-B. Kley, FSU Jena).

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