衍射光学分束器件的功能是将单一的激光光束分割成多个子光束，这些子光束可以按一维或二维的模式进行排列，此外，每个分出的光束都将保持与原始光束相同的光束直径、波前相位。 衍射光学分束器现已广泛应用于工业及科研领域。
利用分束DOE或级联光栅分束器将激光分为多束均匀激光，对材料进行加工，可显著提高加工效率和加工一致性。 入射的高功率激光通常具有较大的光束直径，经分束器分束后，每一束光的尺寸和能量分布与入射光相似。 后经过聚焦镜/场镜作用，光束会聚，尺寸变小，功率密度增大，既能够满足激光加工所需的高能量要求，又具备较小的光束尺寸，同时对分束角或特定距离投影面上的光束间距进行调节，最终实现高效率、高精度的加工效果。
分束DOE可用于医疗美容行业中的点阵激光技术，该技术可以治疗烧伤疤痕、外伤疤痕，实现祛斑美肤与面部年轻化，其原理是通过点阵激光产生多个微小光束，作用于皮肤后形成多个微小热损伤区，皮肤因损伤启动自我修复机制，刺激角质细胞胶原再生，从而达到祛疤、祛斑、美肤等效果。 使用聚合物分束DOE来形成点阵激光，可精确调控治疗面积、点阵密度和点间距，较小的元件尺寸也使其更易集成于小型设备，方便使用。
共聚焦显微镜是一种高分辨率的显微镜技术，其成像原理基于消除来自样本深度的散射光信号，从而提高图像的对比度和分辨率。 在使用共聚焦显微镜时，若配备激光分束器，将能够显著提升成像速度。 这是因为激光分束器能够创造出光斑阵列，这种并行扫描方式大大缩短了生成完整图像所需的时间。
分束DOE或达曼光栅能产生光斑能量、大小及间距一致的分束阵列，可以用于并行激光直写系统，从而大大提高刻写效率和精度。 采用达曼光栅的并行激光直写系统光路如图所示，光源经准直扩束入射到达曼光栅，根据所写结构选用不同分束的达曼光栅，分束后的光点阵列经4f系统进入显微物镜，最终聚焦于直写样品表面。
基于条纹投影的三维光学测量技术近年来得到了深入研究，即通过向被测物体投射条纹来获取该物体的三维形貌，从而构建出物体的三维结构。 采用达曼光栅或是一维分束DOE的三维测量技术具有低成本、体积小、易集成等优点，在三维测量领域具有很大竞争力。 如图所示，利用达曼光栅形成点阵，再用柱面镜对每一个衍射光斑展开得到条纹，这样每个点的发散角不会太大，从而对柱面镜的要求不会太高，同时也保证了投射条纹光强分布的均匀性。
由于棋盘光栅具有二维分束、低零级占比、高均匀度等优点，基于棋盘光栅的波前检测技术受到了广泛关注，下图为对光学元件透射波前检测光路示意图。 经过被测透镜后的会聚光束被棋盘光栅分束成2×2光束，再通过对应的2×2小孔光阑过滤掉零级及高阶衍射的影响，然后经过成像透镜使4束光互相发生干涉，最终在观察屏上得到四波横向剪切干涉图。
使用衍射器件来进行分束点阵扫描在光通信中的应用主要涉及通过精确控制光的分布来提高通信的效率和带宽。 这种技术通常使用光学衍射元件来实现对光束能量的分配和精确操控。 在自由空间光通信（如卫星通信）中，衍射器件可以用于激光束的精确指向和分束，以保证高效率和高精度的信号传输。
综上所述，分束器在激光加工、光医疗美容、共聚焦显微镜成像、并行激光直写系统、三维测量、波前检测以及光通信领域都有着重要应用。 因此，LBTEK针对这些应用场景设计并加工制造了相应的衍射分束元件，下面将介绍几种不同类别的元件，并对其进行对比。
偏振光栅具有偏振相关的光学特性，当线偏振光入射时，出射光为±1级能量比近似为1:1的左旋和右旋圆偏振光； 当右/左旋圆偏振光入射时，出射光为+1或-1级左/右旋圆偏振光。 根据入射光束偏振态的不同，可用于实现分束能量比可调的二分束效果，也可用于实现非机械式的光束扫描。 相较于其他分束器件，其具有极低的零级占比和极高的衍射效率。 因此，偏振光栅在光信息传输、光传感和光探测、快速响应光学系统等应用方向有巨大的应用价值。
图8.偏振光栅二分束效果示意图
LBTEK有工作波长λ在488-1550nm间，光栅周期p为5或8μm的偏振光栅可供选择，同时也支持参数规格的灵活定制。
级联光栅分束器由多片偏振光栅和四分之一波片组成。 当入射光为线偏振光时，根据各级光栅栅线的相对位置关系为平行或垂直，级联光栅分束器能够实现一维或二维的2n分束功能，且得到的各束光为旋向不同的圆偏振光，其分束角与各级光栅周期相关。 级联光栅具有较高的衍射效率、分束均匀性及分束角精度。 因此，其在激光加工、光通信、传感探测等领域中，具有较大的应用潜力。
图9.级联光栅分束器分束效果示意图
LBTEK不仅可以提供532nm/1064nm工作波长，1×4/2×2分束模式的级联光栅分束器，也可以按需求进行特定分束定制。
聚合物分束DOE是一种衍 射光学元件，其相位结构基于衍射光学原理，根据预期的分束模式需求进行设计，通过对相应衍射级次的能量进行分配来实现预期分束效果。 与级联光栅分束器相比，聚合物分束DOE对入射光偏振态无要求，且可实现奇数分束，但是衍射效率更低，且伴有高阶衍射； 与达曼光栅分束器相比，聚合物分束DOE衍射效率及分束光斑均匀性更优； 与传统刻蚀DOE相比，聚合物分束DOE更易实现多阶数相位变化，从而达到更高的衍射效率，工艺难度也明显降低。 该产品被广泛应用于并行激光加工、光传感探测、光医疗美容等众多领域。 LBTEK有多款分束DOE产品以及灵活定制方案可供选择。
达曼光栅为实现一维均匀分束的衍射光学元件，其表面由一系列位置编码的二元位相（0-π）结构所组成，通过控制一个周期内二元位相变换点的位置，能够轻易实现激光远场多级衍射光斑的光强相等，相比于光栅及级联光栅分束器，达曼光栅能够单片就实现奇数分束和较多点数分束。 但其相较于（级联）偏振光栅以及分束DOE衍射效率较低，高阶衍射级次较多。 达曼光栅常被应用于三维测量、并行激光直写系统等方面。
图11.达曼光栅分束效果示意图
LBTEK提供工作波长为532nm和1064nm 的1×7达曼光栅产品，有2°和4°分束角度可供选择。
棋盘光栅是一种由相同大小液晶像素交替偏转构成的二维0-pi相位光栅元件。 主要用于实现光斑2×2均匀分束，与级联光栅的三片式结构相比，棋盘光栅单片即可实现2×2分束，更易于集成。 但其相较于（级联）偏振光栅以及分束DOE衍射效率较低，高阶衍射级次较多。 棋盘光栅常被应用于微表面形貌测量、波前检测技术等方面。
图12.棋盘光栅分束效果示意图
目前，LBTEK提供532/633/1064nm工作波长、36×36μm像素尺寸的棋盘光栅以供客户选择。
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