مبدأ وتطوير العناصر البصرية الحيودية

عنصر حيود الضوء البصري هو نوع من العناصر البصرية ذات كفاءة حيود عالية، ويستند إلى نظرية حيود الموجات الضوئية، ويستخدم التصميم بمساعدة الحاسوب وعملية تصنيع رقائق أشباه الموصلات لنقش هيكل التدرج أو النقش المستمر على الركيزة (أو سطح الجهاز البصري التقليدي). تتميز العناصر البصرية الحيودية بأنها رقيقة، خفيفة، صغيرة الحجم، ذات كفاءة حيود عالية، ودرجات حرية تصميم متعددة، واستقرار حراري جيد، وخصائص تشتت فريدة. وهي مكونات مهمة للعديد من الأجهزة البصرية. ولأن الحيود يؤدي دائمًا إلى تقييد دقة النظام البصري العالية، فقد سعت البصريات التقليدية دائمًا إلى تجنب الآثار السلبية الناجمة عن تأثير الحيود حتى ستينيات القرن الماضي، مع اختراع وإنتاج التصوير المجسم التناظري والتصوير المجسم الحاسوبي الناجح، بالإضافة إلى مخطط الطور، مما أحدث تغييرًا كبيرًا في المفهوم. في سبعينيات القرن الماضي، على الرغم من تطور تقنية الهولوغرام الحاسوبي ومخططات الطور، إلا أنه كان لا يزال من الصعب إنتاج عناصر هيكلية فائقة الدقة ذات كفاءة حيود عالية في أطوال الموجات المرئية والأشعة تحت الحمراء القريبة، مما حدّ من نطاق التطبيقات العملية للعناصر البصرية الحيودية. في ثمانينيات القرن الماضي، قامت مجموعة بحثية بقيادة دبليو بي فيلدكامب من مختبر لينكولن التابع لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا في الولايات المتحدة الأمريكية، بإدخال تقنية الطباعة الحجرية لتصنيع الترانزستورات فائقة الاتساع (VLSI) في إنتاج المكونات البصرية الحيودية، واقترحت مفهوم "البصريات الثنائية". بعد ذلك، استمرت طرق المعالجة الجديدة في الظهور، بما في ذلك إنتاج مكونات بصرية حيودية عالية الجودة ومتعددة الوظائف. وبالتالي، ساهم ذلك بشكل كبير في تطوير العناصر البصرية الحيودية.

كفاءة حيود عنصر بصري حيودي

كفاءة الحيود من أهم المؤشرات لتقييم العناصر البصرية الحيودية والأنظمة البصرية الحيودية المختلطة. بعد مرور الضوء عبر العنصر البصري الحيودي، تتولد رتب حيود متعددة. عادةً، يُؤخذ ضوء رتبة الحيود الرئيسية فقط في الاعتبار. أما ضوء رتب الحيود الأخرى، فسيشكل ضوءًا ضالًا على مستوى الصورة، مما يقلل من تباينها. لذلك، تؤثر كفاءة حيود العنصر البصري الحيودي بشكل مباشر على جودة تصويره.

تطوير العناصر البصرية الحيودية

بفضل العنصر البصري الحيودي ومرونته في التحكم بموجة الانعكاس، يتطور النظام البصري والأجهزة البصرية إلى ضوء مُصغّر ومتكامل. حتى تسعينيات القرن الماضي، كانت دراسة العناصر البصرية الحيودية في طليعة المجال البصري. تُستخدم هذه المكونات على نطاق واسع في تصحيح جبهة موجة الليزر، وتشكيل شعاع الضوء، ومولد مصفوفة الشعاع، والربط البصري، وحساب التوازي البصري، والاتصالات البصرية عبر الأقمار الصناعية، وغيرها.