ISO 15902:2019
(Main)Optics and photonics — Diffractive optics — Vocabulary
Optics and photonics — Diffractive optics — Vocabulary
This document defines the basic terms for diffractive optical elements for free space propagation. The purpose of this document is to provide an agreed-upon common terminology that reduces ambiguity and misunderstanding and thereby aid in the development of the field of diffractive optics.
Optique et photonique — Optique diffractive — Vocabulaire
Le présent document définit les termes de base de l'optique diffractive et des éléments d'optique diffractive en espace libre. L'objet du présent document est de fournir une terminologie commune reconnue qui limite les ambiguïtés et les incompréhensions et de ce fait apportera une aide au développement du domaine de l'optique diffractive.
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Standards Content (Sample)
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 15902
Second edition
2019-12
Optics and photonics — Diffractive
optics — Vocabulary
Optique et photonique — Optique diffractive — Vocabulaire
Reference number
©
ISO 2019
© ISO 2019
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ii © ISO 2019 – All rights reserved
Contents Page
Foreword .iv
Introduction .v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
3.1 Diffractive optics technologies . 1
3.2 Diffractive optical elements and their types . 1
3.3 Structure of diffractive optical elements . 2
3.3.1 General structure . 2
3.3.2 Phase structure . 2
3.3.3 Periodic structure . 4
3.3.4 Design of diffractive optical elements . 6
3.4 Properties of diffractive optical elements . 6
3.4.1 General properties. 6
3.4.2 Classification of diffraction . 7
3.4.3 Dispersion properties . 8
3.4.4 Polarization . 9
3.5 Applications .10
4 Symbols and abbreviated terms .11
Index .13
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out
through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical
committee has been established has the right to be represented on that committee. International
organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of
electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular, the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www .iso .org/ directives).
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of
any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or
on the ISO list of patent declarations received (see www .iso .org/ patents).
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation of the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and
expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to the
World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT), see www .iso .org/
iso/ foreword .html.
This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 172, Optics and Photonics, Subcommittee
SC 9, Laser and electro-optical systems.
This second edition cancels and replaces the first edition (ISO 15902:2004), of which it constitutes a
minor revision. It also incorporates the Technical Corrigendum ISO 15902:2004/Cor 1:2005.
The changes compared to the previous edition are as follows:
— in 3.3.3.4, an explanation on the factor has been added in a note to entry;
— in 3.4.3.4, the sign has been corrected;
— other editorial changes have been made.
Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A
complete listing of these bodies can be found at www .iso .org/ members .html.
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Introduction
The term diffractive optical element is used for those optical elements which convert an input wavefront
to a predetermined output wavefront (or wavefronts) in free space by means of the phenomenon of
diffraction. There has been a rapid increase in the use of diffractive optical elements, especially in the
field of optical data storage, and they are essential components in optical and electro-optical systems.
They are used in a wide variety of applications.
INTERNATIONAL STANDARD ISO 15902:2019(E)
Optics and photonics — Diffractive optics — Vocabulary
1 Scope
This document defines the basic terms for diffractive optical elements for free space propagation. The
purpose of this document is to provide an agreed-upon common terminology that reduces ambiguity
and misunderstanding and thereby aid in the development of the field of diffractive optics.
2 Normative references
There are no normative references in this document.
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:
— ISO Online browsing platform: available at http:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: available at http:// www .electropedia .org/
3.1 Diffractive optics technologies
3.1.1
diffractive optics
optical technology based on the phenomenon of the diffraction of optical radiation
3.1.2
binary optics
diffractive optics technology whose optical components have a quantized surface structure in height
Note 1 to entry: The word binary originally means a two-step structure in cross section, however, a staircase
structure in cross section is usually referred to as binary as well, regardless of the number of the steps. This
incorrect wording originates from the fact that these structures are fabricated using a mask lithography
technique.
Note 2 to entry: See 3.3.2.8 and 3.3.2.9.
3.1.3
holographic optics
diffractive optics technology that uses holograms as optical elements for transforming an incident
wavefront into a specific wavefront or wavefronts
3.2 Diffractive optical elements and their types
3.2.1
diffractive optical element
DOE
optical element for which the phenomenon of the diffraction of optical radiation is the operating
principle, usually characterized in terms of its periodic spatial structure
3.2.2
amplitude diffractive optical element
optical element which utilizes the diffraction created by its periodic spatial amplitude modulation
3.2.3
phase diffractive optical element
optical element which utilizes the diffraction created by its periodic spatial phase modulation
3.2.4
transmission diffractive optical element
diffractive optical element that operates with transmitted optical radiation
3.2.5
reflection diffractive optical element
diffractive optical element that operates with reflected optical radiation
3.2.6
active diffractive optical element
diffractive optical element whose diffraction characteristics can be dynamically changed
3.2.7
holographic optical element
HOE
diffractive optical element fabricated with an interferometric method
3.2.8
computer-generated diffractive optical element
computer-generated hologram (CGH)
diffractive optical element which is computer-designed and fabricated under computer control
Note 1 to entry: A computer-generated diffractive optical element is generally fabricated using a mechanical
method or by lithography, using optical radiation waves (including laser beams), electron beams or ion beams,
and is often referred to as a “computer-generated hologram (CGH)”.
3.2.9
binary optical element
BOE
phase-diffractive optical element having a binary-level or quantized multi-level surface-relief structure
Note 1 to entry: See Note 1 to entry in 3.1.2.
3.3 Structure of diffractive optical elements
3.3.1 General structure
3.3.1.1
substrate for diffractive optical elements
basic body of the diffractive optical element
Note 1 to entry: It may support the element's periodic structure on its surface, or it may contain that periodic
structure within itself.
3.3.1.2
grating
periodic spatial structure for optical use
3.3.2 Phase structure
3.3.2.1
phase profile
phase distribution of a diffractive optical element, which is added to incident optical radiation
2 © ISO 2019 – All rights reserved
3.3.2.2
surface relief diffractive optical element
optical element whose diffractive property is created by a periodic relief pattern deposited on or
corrugated in the substrate
3.3.2.3
Q-factor
Q-value
for a periodic structure with a sinusoidal refractive-index profile, this is given by
2πλT
Q=
n Λ
av
Note 1 to entry: The value is used to categorize gratings as either thick or thin. It should be noted that it is defined
only for sinusoidal refractive index profile.
3.3.2.4
thin diffractive optical element
diffractive optical element which produces Raman-Nath diffraction
Note 1 to entry: For a diffractive optical element with a sinusoidal refractive index profile, it is characterized
by Q < 1.
3.3.2.5
thick diffractive optical element
diffractive optical element which produces Bragg diffraction
Note 1 to entry: For a diffractive optical element with a sinusoidal refractive index profile, it is characterized
by Q >> 1.
3.3.2.6
volume phase diffractive optical element
thick diffractive optical element whose diffraction is created by a three-dimensional periodic refractive
index distribution within the substrate
3.3.2.7
phase step
stair step
step in binary phase structure
3.3.2.8
binary phase structure
discrete phase structure that may have either simple binary or quantized phase steps
Note 1 to entry: See Notes to entry to 3.1.2 and 3.3.2.9.
3.3.2.9
multi-level phase structure
binary phase structure that has more than two phase levels in one period
Note 1 to entry: Multi-level phase structure includes binary phase structure in its definition, however, each term
is sometimes used as a synonym of the other.
Note 2 to entry: See Note 1 to entry to 3.1.2.
3.3.2.10
blazed diffractive optical element
surface relief diffractive optical element able to concentrate the diffracted optical radiation energy in a
specified diffraction order or orders using a prismatic structure in one period
3.3.2.11
deep grating
surface relief grating whose phase depth is nearly equal to or greater than the incident wavelength
3.3.2.12
multi-diffraction-order structure
diffractive optical element containing parts that generate different orders of diffraction
Note 1 to entry: When parts form concentric zones, this structure is often referred to either as a harmonic
Fresnel structure or a super zone structure.
3.3.3 Periodic structure
3.3.3.1
period
Λ
shortest length of the repetition in the spatial periodic structure of diffractive optical element
Note 1 to entry: For the surface relief grating, period Λ is shown in Figure 1.
Key
Λ grating period
K K-vector
Figure 1 — Schematic representation of a surface relief grating
3.3.3.2
local period
Λ(x)
local value of period Λ(x), defined in terms of a function of the position vector x on the diffractive surface
3.3.3.3
spatial frequency
v
number of modulations per unit of length (i.e. proportion
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 15902
Deuxième édition
2019-12
Optique et photonique — Optique
diffractive — Vocabulaire
Optics and photonics — Diffractive optics — Vocabulary
Numéro de référence
©
ISO 2019
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publication ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique,
y compris la photocopie, ou la diffusion sur l’internet ou sur un intranet, sans autorisation écrite préalable. Une autorisation peut
être demandée à l’ISO à l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.
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Publié en Suisse
ii © ISO 2019 – Tous droits réservés
Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction .v
1 Domaine d'application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 1
3.1 Technologies d’optique diffractive . 1
3.2 Éléments d’optique diffractive et leurs types . 2
3.3 Structure des éléments d'optique diffractive . 3
3.3.1 Structure générale . 3
3.3.2 Structure de phase . 3
3.3.3 Structure périodique . 4
3.3.4 Conception des éléments d'optique diffractive . 6
3.4 Propriétés des éléments d'optique diffractive . 7
3.4.1 Propriétés générales . 7
3.4.2 Classification de la diffraction . 7
3.4.3 Propriétés de dispersion . 9
3.4.4 Polarisation .10
3.5 Applications .11
4 Symboles et termes abrégés .12
Index .14
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes
nationaux de normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est
en général confiée aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude
a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,
gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux.
L'ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier de prendre note des différents
critères d'approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été
rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www
.iso .org/ directives).
L'attention est attirée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable
de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant
les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de
l'élaboration du document sont indiqués dans l'Introduction et/ou dans la liste des déclarations de
brevets reçues par l'ISO (voir www .iso .org/ brevets).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un
engagement.
Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions
spécifiques de l'ISO liés à l'évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l'adhésion
de l'ISO aux principes de l’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles
techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant: www .iso .org/ iso/ fr/ avant -propos .html.
Le présent document a été élaboré par le Comité Technique ISO/TC 172 Optique et photonique,
Sous-comité SC 9, Lasers et systèmes électro-optiques.
Cette deuxième édition annule et remplace la première édition (ISO 15902:2004), qui constitue une
révision mineure. Elle intègre également le Rectificatif Technique ISO 15902:2004/Cor 1:2005.
Les principales modifications par rapport à l’édition précédente sont les suivantes:
— dans le 3.3.3.4, une explication sur le facteur a été ajoutée dans une note à l’article;
— dans le 3.4.3.4, le signe a été corrigé;
— d’autres changements éditoriaux ont été fait.
Il convient que l’utilisateur adresse tout retour d’information ou toute question concernant le présent
document à l’organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes
se trouve à l’adresse www .iso .org/ fr/ members .html.
iv © ISO 2019 – Tous droits réservés
Introduction
Le terme élément d’optique diffractive est utilisé pour ceux des éléments optiques qui convertissent
un front d’onde d’entrée en un (des) front(s) d’onde de sortie prédéterminé(s) dans un espace libre par
l’intermédiaire du phénomène de diffraction. Il y a eu un accroissement rapide dans le développement
de l’utilisation des éléments d’optique diffractive, principalement dans le domaine du stockage de
données optiques, et il apparaît que les éléments d’optique diffractive sont les composants essentiels
des systèmes optiques et électro-optiques. Ils sont utilisés dans une grande variété d’applications.
NORME INTERNATIONALE ISO 15902:2019(F)
Optique et photonique — Optique diffractive —
Vocabulaire
1 Domaine d'application
Le présent document définit les termes de base de l’optique diffractive et des éléments d’optique
diffractive en espace libre. L’objet du présent document est de fournir une terminologie commune
reconnue qui limite les ambiguïtés et les incompréhensions et de ce fait apportera une aide au
développement du domaine de l’optique diffractive.
2 Références normatives
Le présent document ne contient aucune référence normative.
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s'appliquent.
L'ISO et l’IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en
normalisation, consultables aux adresses suivantes:
— ISO Online browsing platform: disponible à l’adresse http:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: disponible à l'adresse http:// www .electropedia .org/
3.1 Technologies d’optique diffractive
3.1.1
optique diffractive
technologie optique basée sur le phénomène de diffraction des radiations optiques
3.1.2
optique binaire
technologie d’optique diffractive pour laquelle les composants optiques ont une structure de surface
quantifiée en hauteur
Note 1 à l'article: À l’origine, le terme binaire désigne une structure à deux marches dans une section; cependant,
une structure en escalier dans une section est communément référencée comme binaire sans tenir compte du
nombre de marches. Cette terminologie incorrecte vient du fait que ces structures sont obtenues par la technique
de lithographie par masque.
Note 2 à l'article: Voir 3.3.2.8 et 3.3.2.9.
3.1.3
optique holographique
technologie d’optique diffractive qui utilise les hologrammes comme éléments optiques pour
transformer un front d’onde incident en un (des) front(s) d’onde spécifique(s)
3.2 Éléments d’optique diffractive et leurs types
3.2.1
élément d'optique diffractive
DOE
élément optique pour lequel le phénomène de diffraction des radiations optiques est le principe opérant,
et qui est généralement caractérisé en fonction de sa structure spatiale périodique
3.2.2
élément d'optique diffractive d'amplitude
élément optique qui utilise la diffraction créée par la modulation d’amplitude spatiale périodique
3.2.3
élément d'optique diffractive de phase
élément optique qui utilise la diffraction créée par la modulation de phase spatiale périodique
3.2.4
élément d'optique diffractive par transmission
élément d'optique diffractive qui opère par transmission de la radiation optique
3.2.5
élément d'optique diffractive par réflexion
élément d'optique diffractive qui opère par réflexion de la radiation optique
3.2.6
élément d'optique diffractive active
élément d'optique diffractive dont les caractéristiques de diffraction peuvent être modifiées
dynamiquement
3.2.7
élément d'optique holographique
HOE
élément d'optique diffractive fabriqué par une méthode interférométrique
3.2.8
élément d'optique diffractive généré par ordinateur
hologramme généré par ordinateur (CGH)
élément d'optique diffractive de synthèse conçu par ordinateur et dont la fabrication est contrôlée par
ordinateur
Note 1 à l'article: Un élément d'optique diffractive généré par ordinateur est généralement réalisé par une
méthode mécanique ou par lithographie, en utilisant des ondes de radiation optique (incluant les faisceaux laser),
les faisceaux d’électrons ou d’ions, et est souvent référencé comme « hologramme généré par ordinateur (CGH) ».
3.2.9
élément d'optique binaire
BOE
élément d'optique diffractive de phase ayant une structure de relief de surface de niveau binaire ou de
multiniveaux quantifiés
Note 1 à l'article: Voir la Note 1 à l’article en 3.1.2.
2 © ISO 2019 – Tous droits réservés
3.3 Structure des éléments d'optique diffractive
3.3.1 Structure générale
3.3.1.1
substrat pour élément d'optique diffractive
support de l’élément d'optique diffractive
Note 1 à l'article: Il peut supporter la structure périodique de l’élément sur sa surface, ou il peut contenir en
lui-même cette structure périodique.
3.3.1.2
réseau
structure spatiale périodique pour usage optique
3.3.2 Structure de phase
3.3.2.1
profil de phase
distribution de phase d’un élément d'optique diffractive, qui est ajoutée à la radiation optique incidente
3.3.2.2
élément d'optique diffractive de surface en relief
élément optique dont la caractéristique diffractive est créée par un motif de surface en relief périodique
déposé sur ou intégré dans le substrat
3.3.2.3
facteur Q
valeur Q
pour une structure périodique avec un indice de réfraction de profil sinusoïdal, il est donné par
2πλT
Q=
n Λ
av
Note 1 à l'article: La mesure permet de classer les réseaux comme épais ou fin. Il convient de noter que le facteur
n’est défini que pour un indice de réfraction de profil sinusoïdal.
3.3.2.4
élément d'optique diffractive fin
élément d'optique diffractive qui produit une diffraction de Raman-Nath
Note 1 à l'article: Pour un élément d'optique diffractive avec indice de réfraction de profil sinusoïdal, il est
caractérisé par Q < 1.
3.3.2.5
élément d'optique diffractive épais
élément d'optique diffractive qui produit une diffraction de Bragg
Note 1 à l'article: Pour un élément d'optique diffractive avec indice de réfraction de profil sinusoïdal, il est
caractérisé par Q >> 1.
3.3.2.6
élément d'optique diffractive de phase en volume
élément d'optique diffractive épais dont la diffraction est créée par une distribution périodique en trois
dimensions de l’indice de réfraction au sein du substrat
3.3.2.7
saut de phase
marche
marche dans une structure de phase binaire
3.3.2.8
structure de phase binaire
structure de phase discrète qui peut avoir soit des marches binaires simples, soit des marches de phase
quantifiées
Note 1 à l'article: Voir les Notes à l’article en 3.1.2 et 3.3.2.9.
3.3.2.9
structure de phase multiniveau
structure de phase binaire qui a plus de deux niveaux dans une période
Note 1 à l'article: La structure de phase multiniveau inclut la structure de phase binaire dans sa définition,
cependant, chacun des deux termes est parfois utilisé comme synonyme de l’autre.
Note 2 à l'article: Voir la Note 1 à l’article en 3.1.2.
3.3.2.10
élément d'optique diffractive blazé
élément d'optique diffractive de surface en relief capable de concentrer l’énergie de radiation optique
diffractée dans un (des) ordre(s) de diffraction spécifié(s) en utilisant une structure prismatique dans
une période
3.3.2.11
réseau profond
réseau de surface en relief dont la profondeur de phase est presque égale à la longueur d’onde incidente
ou plus grande que celle-ci
3.3.2.12
structure d'ordre multidiffraction
élément d'optique diffractive contenant des parties qui génèrent différents ordres de diffraction
Note 1 à l'article: Lorsque les parties forment des zones concentriques, cette structure est souvent référencée
soit comme structure harmonique de Fresnel, soit comme structure de super zone.
3.3.3 Structure périodique
3.3.3.1
période
Λ
plus courte longueur de répétition dans la structure périodique spatiale d’un élément d'optique
diffractive
Note 1 à l'article: Pour les réseaux de surface en relief, la période Λ est représentée à la Figure 1.
Légende
Λ période du réseau
K vecteur K
Figure 1 — Schéma d'un réseau de surface en relief
4 © ISO 2019 – Tous droits réservés
3.3.3.2
période locale
Λ(x)
valeur locale de la pério
...
Questions, Comments and Discussion
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