Метод расчёта преломляющего оптического элемента, формирующего заданные распределения освещённости и волновой фронт

Автор: Досколович Леонид Леонидович, Быков Дмитрий Александрович, Мингазов Альберт Айдарович, Безус Евгений Анатольевич

Журнал: Компьютерная оптика @computer-optics

Рубрика: Дифракционная оптика, оптические технологии

Статья в выпуске: 6 т.45, 2021 года.

Бесплатный доступ

В приближении геометрической оптики рассмотрен метод расчёта преломляющего оптического элемента с двумя рабочими поверхностями, преобразующего падающий пучок с плоским волновым фронтом в выходной пучок, формирующий заданное распределение освещённости и заданный волновой фронт. Приведены примеры расчёта оптических элементов, формирующих заданные распределения освещённости и сферические волновые фронты (сходящиеся и расходящиеся гомоцентрические пучки). Представленные примеры демонстрируют хорошие рабочие характеристики метода.

Преломляющая поверхность свободной формы, геометрическая оптика, обратная задача, освещённость, волновой фронт

Короткий адрес: https://sciup.org/140290279

IDR: 140290279 | DOI: 10.18287/2412-6179-CO-912

Список литературы Метод расчёта преломляющего оптического элемента, формирующего заданные распределения освещённости и волновой фронт

Laser beam shaping: Theory and techniques / ed. By F.M. Dickey. S.C. Holswade. - New York: Marcel Dekker, 2000. - 427 p. - ISBN: 978-0-8247-0398-1.
Laser beam shaping applications / ed. by F.M. Dickey. S.C. Holswade. D.L. Shealy. - Boca Raton: CRC Press. 2006. - 376 p. - ISBN: 978-0-8247-5941-4.
Chang, S. Design beam shapers with double freeform surfaces to form a desired wavefront with prescribed illumination pattern by solving a Monge-Ampere type equation / S. Chang, R. Wu, L. An, Z. Zheng // Journal of Optics. - 2016. - Vol. 18, Issue 12. - 125602. - DOI: 10.1088/2040-8978/18/12/125602.
Feng, Z. Creating unconventional geometric beams with large depth of field using double freeform-surface optics / Z. Feng, B.D. Froese, C.-Y. Huang, D. Ma, R. Liang // Applied Optics. - 2015. - Vol. 54, Issue 20. - P. 62776281. - DOI: 10.1364/A0.54.006277.
Feng, Z. Simplified freeform optics design for complicated laser beam shaping / Z. Feng, B.D. Froese, R. Liang, D. Cheng, Y. Wang // Applied Optics. - 2017. - Vol. 56, Issue 33. - P. 9308-9314. - DOI: 10.1364/AO.56.009308.
Bösel, C. Ray-mapping approach in double freeform surface design for collimated beam shaping beyond the paraxial approximation / C. Bösel, N.G. Worku, H. Gross // Applied Optics. - 2017. - Vol. 56, Issue 13. - P. 3679-3688. - DOI: 10.1364/AO.56.003679.
Bösel, C. Double freeform illumination design for prescribed wavefronts and irradiances / C. Bösel, H. Gross // Journal of the Optical Society of America A. - 2018. - Vol. 35, Issue 2. - P. 236-243. - DOI: 10.1364/JOSAA.35.000236.
Mao, X. Fast design method of smooth freeform lens with an arbitrary aperture for collimated beam shaping / X. Mao, J. Li, F. Wang, R. Gao, X. Li, Y. Xie // Applied Optics. -2019. - Vol. 58, Issue 10. - P. 2512-2521. - DOI: 10.1364/AO.58.002512.
Wei, S. Double freeform surfaces design for beam shaping with non-planar wavefront using an integrable ray mapping method / S. Wei, Z. Zhu, Z. Fan, Y. Yan, D. Ma // Optics Express. - 2019. - Vol. 27, Issue 19. - P. 26757-26771. -DOI: 10.1364/OE.27.026757.
Doskolovich, L.L. Designing double freeform surfaces for collimated beam shaping with optimal mass transportation and linear assignment problems / L.L. Doskolovich, D.A. Bykov, E.S. Andreev, E.A. Bezus, V. Oliker // Optics Express. - 2018. - Vol. 26, Issue 19.- P. 24602-24613. -DOI: 10.1364/OE.26.024602.
Oliker, V. Beam shaping with a plano-freeform lens pair / V. Oliker, L.L. Doskolovich, D.A. Bykov // Optics Express. - 2018. - Vol. 26, Issue 15. - P. 19406-19419. - DOI: 10.1364/OE.26.019406.
Rubinstein, J. Intensity control with a free-form lens / J. Rubinstein, G. Wolansky // Journal of the Optical Society of America A. - 2007. - Vol. 24, Issue 2. - P. 463-469. -DOI: 10.1364/JOSAA.24.000463.
Caffarelli, L. On the numerical solution of the problem of reflector design with given far-field scattering data / L. Caffarelli, S. Kochengin, V. Oliker // Contemporary Mathematics. - 1999. - Vol. 226. - P. 13-32. - DOI: 10.1090/conm/226/03233.
Kochengin, S. Computational algorithms for constructing reflectors / S. Kochengin, V. Oliker // Computing and Visualization in Science. - 2003. - Vol. 6. - P. 15-21. -DOI: 10.1007/s00791-003-0103-2.
Oliker, V.I. Mathematical aspects of design of beam shaping surfaces in geometrical optics / V.I. Oliker. - In: Trends in nonlinear analysis / ed. by M. Kirkilionis, S. Krömker, R. Rannacher, F. Tomi. - Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag, 2002. - P. 193-224. - DOI: 10.1007/978-3-662-05281-5_4.
Fournier, F.R. Fast freeform reflector generation using source-target maps / F.R. Fournier, W.J. Cassarly, J.P. Rolland // Optics Express. - 2010. - Vol. 18, Issue 5. -P. 5295-5304. - DOI: 10.1364/OE.18.005295.
Michaelis, D. Cartesian oval representation of freeform optics in illumination systems / D. Michaelis, P. Schreiber, A. Bräuer // Optics Letters. - 2011. - Vol. 36, Issue 6. -P. 918-920. - DOI: 10.1364/OL.36.000918.
Oliker, V. Controlling light with freeform multifocal lens designed with supporting quadric method(SQM) / V. Oliker // Optics Express. - 2017. - Vol. 25, Issue 4. - P. A58-A72. - DOI: 10.1364/OE.25.000A58.
Doskolovich, L.L. On the use of the supporting quadric method in the problem of the light field eikonal calculation / L.L. Doskolovich, M.A. Moiseev, E.A. Bezus, V. Oliker // Optics Express. - 2015. - Vol. 23, Issue 15. - P. 1960519617. - DOI: 10.1364/OE.23.019605.
Mingazov, A.A. On the use of the supporting quadric method in the problem of designing double freeform surfaces for collimated beam shaping / A.A. Mingazov, D.A. Bykov, E.A. Bezus, L.L. Doskolovich // Optics Express. - 2020. - Vol. 28, Issue 15. - P. 22642-22657. -DOI: 10.1364/OE.398990.

Еще

Статья научная