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衍射光学元件
资料介绍
技术概述
衍射光学元件（Diffractive Optical Element,DOE）是基于光的衍射原理，通过设计表面微纳结构实现对光场振幅、相位调控的新型光学元件。DOE合束技术是将多束激光通过DOE的衍射调制，在输出面叠加合并为单束高功率激光的技术方案，是当前高功率激光系统领域的核心技术之一。
相较于传统的光栅合束、偏振合束、棱镜合束等方案，DOE合束技术具备结构紧凑、合束效率高、光束质量优化效果显著、设计自由度大等优势，能够突破单路激光的功率极限，同时维持良好的输出光束质量，被广泛应用于工业加工、激光医疗、国防军工、光通信等多个领域。
技术原理
衍射光学基础
DOE的核心是利用光的衍射效应实现光场调控。根据惠更斯-菲涅耳原理，波前上每一点都可视为新的次波源，这些次波相干叠加得到观测平面的光场分布。DOE通过在基底表面加工出深度从波长量级到微米量级的微结构，改变入射光不同位置的相位，从而对出射光的传播方向、强度分布进行精准调控。
对于相位型DOE而言，通常只调控入射光的相位，不改变振幅分布，因此能量利用率比振幅型DOE更高，是合束场景中主要采用的类型。通过逆波前设计方法，可以得到DOE的相位分布，使得多束入射激光经过衍射后，主极大重合在目标位置，实现合束输出。
合束核心原理
DOE合束分为相干合束和非相干合束两种核心路径：
1. 相干合束：要求各路入射激光满足波长相同、相位恒定的相干条件。多束相干激光入射到DOE后，DOE对每一路激光进行相位补偿和衍射偏转，使所有激光的主衍射级次在空间同位置叠加，实现相干增强输出，输出功率为各路功率的相干叠加，理想情况下合束效率可以接近100%。
2. 非相干合束：不要求入射激光满足相干条件，各路激光的波长、相位可以存在差异，DOE分别对每一路激光进行调制，使所有激光的能量耦合到同一个输出光斑中，总输出功率为各路功率的非相干和，合束效率理论上低于相干合束，但对激光光源的相干性要求更低，应用场景更广泛。
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