什么是微光学和衍射光学？

微观光学和衍射光学都是光学的子领域，处理小范围内的光的操作。这些光学元件通常是宏观的平面结构，由基于衍射理论的复杂数值方法构建，尺寸从几个波长到几十微米不等。

微观光学

微观光学常被用来创建比传统光学创建的光学系统小一毫米的尺寸。它依靠微尺寸的光学元件来操纵光的波前，这些元件通常使用微加工技术，如光刻和微机械加工生产。这些部件包括透镜、镜子、过滤器和棱镜。

许多微型光学器件依赖于应用于大型光学元件的相同物理光学原理，如光的折射或反射。小尺寸往往通过衍射带来严重的性能限制。然而，在大多数微型光学系统中，衍射被作为基本的工作原理加以利用。

图1：微型光学系统

微光学在很多领域都有应用，包括电信、生物技术、传感、成像和计算。例如，它被用于光纤通信系统以提高光放大器的性能，用于生物医学成像系统以实现组织和细胞的高分辨率成像，以及用于微机电系统（MEMS）以创建微尺度的传感器和执行器。微透镜在光束准直和聚焦方面有应用，而数字微镜设备可用于紧凑型显示器。

衍射光学

传统的折射光学使用透镜和镜子来弯曲、聚焦和引导光线，与此相反，衍射光学使用微观结构来弯曲和塑造光波。这些微观结构被称为衍射光学元件（DOE）。衍射光学元件包含在微型光学系统中。它由一系列微小的、平行的沟槽组成，这些沟槽被蚀刻在一个表面上或嵌入到一个材料中。它们使入射光线发生衍射，导致建设性的或破坏性的干涉，从而形成光的波面。通过改变凹槽的间距、深度和形状，DOEs可以创造广泛的光学功能，如聚焦、分光和光束整形。衍射光学器件包括衍射光栅、衍射透镜、衍射分束器等。

图2：衍射透镜

衍射光学器件经常被用于显微镜、光纤电信系统、医疗成像，如内窥镜和显微镜，以及光学数据存储等应用中。在光学数据存储中，它可以用来在光盘表面创建微尺度的图案，可以存储数字数据。DOEs也可用于创建全息图。