Расчет осесимметричного оптического элемента для формирования заданных распределения освещённости и волнового фронта
Автор: Досколович Леонид Леонидович, Андреева Ксения Валерьевна, Быков Дмитрий Александрович
Журнал: Компьютерная оптика @computer-optics
Рубрика: Дифракционная оптика, оптические технологии
Статья в выпуске: 5 т.42, 2018 года.
Бесплатный доступ
Рассмотрена задача расчёта осесимметричного преломляющего оптического элемента, преобразующего заданный падающий пучок в выходной пучок с заданным распределением освещённости и заданным волновым фронтом. Волновой фронт выходного пучка определяется через функцию эйконала, заданную в некоторой плоскости за оптическим элементом. Расчёт поверхностей оптического элемента сведён к решению двух обыкновенных дифференциальных уравнений, разрешённых относительно производной. В качестве примеров рассчитаны оптические элементы, преобразующие сферический пучок от точечного ламбертовского источника в пучок с постоянной освещённостью и плоским волновым фронтом, а также в пучок с постоянной освещённостью и функцией эйконала, обеспечивающей фокусировку в отрезок оптической оси.
Геометрическая оптика, расчёт оптических поверхностей, эйконал, формирование волнового фронта
Короткий адрес: https://sciup.org/140238439
IDR: 140238439 | DOI: 10.18287/2412-6179-2018-42-5-772-778
Design of an axisymmetric optical element generating a prescribed illuminance distribution and wavefront
Design of an axisymmetric refracting optical element to transform an incident beam into an output beam with the prescribed illuminance distribution and prescribed wavefront is considered. The wavefront of the output beam is represented by the eikonal function defined in some plane behind the optical element. The computation of the optical element surface is reduced to the solution of two explicit ordinary differential equations of the first order. As examples, we consider the design of two optical elements to transform a spherical beam from a point Lambert light source into a beam with the uniform illuminance and plane wavefront and a beam with the complex wavefront to focus into an on-axis line.
Список литературы Расчет осесимметричного оптического элемента для формирования заданных распределения освещённости и волнового фронта
- Frieden, B.R. Lossless conversion of a plane laser wave to a plane wave of uniform irradiance/B.R. Frieden//Applied Optics. -1965. -Vol. 4, Issue 11. -P. 1400-1403. - DOI: 10.1364/AO.4.001400
- Rhodes, P.W. Refractive optical systems for irradiance redistribution of collimated radiation: their design and analysis/P.W. Rhodes D.L. Shealy//Applied Optics. -1980. -Vol. 19, Issue 20. -P. 3545-3553. - DOI: 10.1364/AO.19.003545
- Hoffnagle, J.A. Design and performance of a refractive optical system that converts a Gaussian to a flattop beam/J.A. Hoffnagle, C.M. Jefferson//Applied Optics. -2000. -Vol. 39, Issue 30. -P. 5488-5499. - DOI: 10.1364/AO.39.005488
- Zhang, S. Single-element laser beam shaper for uniform flat-top profiles/S. Zhang, G. Neil, M. Shinn//Optics Express. -2003. -Vol. 11, Issue 16. -P. 1942-1948. - DOI: 10.1364/OE.11.001942
- Ma, H. Improvement of Galilean refractive beam shaping system for accurately generating near diffraction-limited flattop beam with arbitrary beam size/H. Ma, Z. Liu, P. Jiang, X. Xu, S. Du//Optics Express. -2011. -Vol. 19, Issue 14. -P. 13105-13117. - DOI: 10.1364/OE.19.013105
- Duerr, F. Refractive laser beam shaping by means of a functional differential equation based design approach/F. Duerr, H. Thienpont//Optics Express. -2014. -Vol. 22, Issue 7. -P. 8001-8011. - DOI: 10.1364/OE.22.008001
- Hui, X. Realization of uniform and collimated light distribution in a single freeform-Fresnel double surface LED lens/X. Hui, J. Liu, Y. Wan, H. Lin//Applied Optics. -2017. -Vol. 56, Issue 15. -P. 4561-4565. - DOI: 10.1364/AO.56.004561
- Poleshchyk, A.G. Aspherical wavefront shaping with combined computer generated holograms/A.G. Poleshchyk, R.K. Nasyrov//Optical Engineering. -2013. -Vol. 52, Issue 9. -091709. - DOI: 10.1117/1.OE.52.9.091709
- Wyant, J.C. Using computer-generated holograms to test aspheric wavefronts/J.C. Wyant, V.P. Bennett//Applied Optics. -1972. -Vol. 11, Issue 12. -P. 2833-2839. - DOI: 10.1364/AO.11.002833
- Chen, S. Reconfigurable optical null based on counter-rotating Zernike plates for test of aspheres/S. Chen, C. Zhao, Y. Dai, S. Li//Optics Express. -2014. -Vol. 22, Issue 2. -P. 1381-1386. - DOI: 10.1364/OE.22.001381
- Tsai, C.Y. Refractive collimation beam shaper design and sensitivity analysis using a free-form profile construction method/C.Y. Tsai//Journal of the Optical Society of America A. -2017. -Vol. 34, Issue 7. -P. 1236-1245. - DOI: 10.1364/JOSAA.34.001236
- Геометрическая оптика неоднородных сред/Ю.А. Кравцов, Ю.И. Орлов. -M.: Наука, 1980. -304 с.
- Досколович, Л.Л. Расчёт радиально-симметричных преломляющих поверхностей с учётом френелевских потерь/Л.Л. Досколович, М.А. Моисеев//Компьютерная оптика. -2008. -Т. 32, № 2. -С. 201-203.
- Кравченко, С.В. Расчёт осесимметричных оптических элементов с двумя асферическими поверхностями для формирования заданных распределений освещённости/С.В. Кравченко, М.А. Моисеев, Л.Л. Досколович, Н.Л. Казанский//Компьютерная оптика. -2011. -Т. 35, № 4. -С. 467-472.
- Moiseev, M.A. Design of TIR optics generating the prescribed irradiance distribution in the circle region/M.A. Moiseev, L.L. Doskolovich//Journal of the Optical Society of America A. -2012. -Vol. 29, Issue 9. -P. 1758-1763. - DOI: 10.1364/JOSAA.29.001758
- LAMBDA Research Corporation . -URL: http://www.lambdares.com/(date request 14.05.2018).
- Soifer, V. Iterative methods for diffractive optical elements computation/V. Soifer, V. Kotlyar, L. Doskolovich. -London: Taylor & Francis Ltd., 1997. -244 p. -ISBN: 0-7484-0634-4.
- Doskolovich, L.L. Analysis of quasiperiodic and geometric optical solutions of the problem of focusing into an axial segment/L.L. Doskolovich, N.L. Kazanskiy, V.A. Soifer, A.Y. Tzaregorodtzev//Optik. -1995. -Vol. 101, Issue 2. -P. 37-41.
