العنصر البصري الحيودي هو نوع من العناصر البصرية ذات كفاءة حيود عالية، يعتمد على نظرية حيود الموجات الضوئية، ويستخدم التصميم بمساعدة الحاسوب وعملية تصنيع رقائق أشباه الموصلات لنقش بنية متدرجة أو ذات نقش مستمر على الركيزة (أو سطح الجهاز البصري التقليدي). تتميز العناصر البصرية الحيودية بأنها رقيقة وخفيفة وصغيرة الحجم، ذات كفاءة حيود عالية، ودرجات حرية تصميم متعددة، واستقرار حراري جيد، وخصائص تشتت فريدة. وهي مكونات أساسية في العديد من الأجهزة البصرية. ولأن الحيود يؤدي دائمًا إلى الحد من الدقة العالية للنظام البصري، فقد سعت البصريات التقليدية دائمًا إلى تجنب الآثار السلبية الناجمة عن الحيود حتى ستينيات القرن الماضي، عندما أحدث اختراع وإنتاج التصوير المجسم التناظري والتصوير المجسم الحاسوبي، بالإضافة إلى مخطط الطور، تغييرًا جذريًا في المفهوم. في سبعينيات القرن الماضي، ورغم التطور المتسارع لتقنية الهولوغرام الحاسوبي ومخطط الطور، إلا أنه كان من الصعب تصنيع عناصر ذات بنية فائقة الدقة بكفاءة حيود عالية في نطاق الأطوال الموجية المرئية والأشعة تحت الحمراء القريبة، مما حدّ من نطاق التطبيقات العملية للعناصر البصرية الحيودية. في ثمانينيات القرن الماضي، أدخل فريق بحثي بقيادة دبليو بي فيلدكامب من مختبر لينكولن التابع لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا في الولايات المتحدة تقنية الطباعة الحجرية المستخدمة في تصنيع الدوائر المتكاملة واسعة النطاق (VLSI) لإنتاج المكونات البصرية الحيودية، واقترح مفهوم "البصريات الثنائية". بعد ذلك، ظهرت طرق معالجة جديدة ومتنوعة، بما في ذلك إنتاج مكونات بصرية حيودية عالية الجودة ومتعددة الوظائف، مما ساهم بشكل كبير في تطوير العناصر البصرية الحيودية.
كفاءة حيود عنصر بصري حيودي
تُعدّ كفاءة الحيود أحد أهم المؤشرات لتقييم العناصر البصرية الحيودية والأنظمة البصرية الحيودية المختلطة التي تحتوي على عناصر بصرية حيودية. بعد مرور الضوء عبر العنصر البصري الحيودي، تتولد رتب حيود متعددة. عادةً، يُركز الاهتمام فقط على ضوء رتبة الحيود الرئيسية. أما ضوء رتب الحيود الأخرى فيُشكّل ضوءًا شاردًا على مستوى صورة رتبة الحيود الرئيسية، مما يُقلل من تباينها. لذا، تؤثر كفاءة الحيود للعنصر البصري الحيودي تأثيرًا مباشرًا على جودة الصورة الناتجة عنه.
تطوير العناصر البصرية الحيودية
بفضل عنصر البصريات الحيودية وقدرته على التحكم المرن في جبهة الموجة، تتطور الأنظمة والأجهزة البصرية نحو مزيد من الخفة والتصغير والتكامل. وحتى تسعينيات القرن الماضي، أصبحت دراسة عناصر البصريات الحيودية في طليعة مجال البصريات. ويمكن استخدام هذه المكونات على نطاق واسع في تصحيح جبهة موجة الليزر، وتشكيل ملامح الشعاع، ومولدات مصفوفات الشعاع، والربط البصري، والحساب البصري المتوازي، والاتصالات البصرية عبر الأقمار الصناعية، وغيرها.
تاريخ النشر: 25 مايو 2023