[發(fā)明專利]連續(xù)型螺旋相位板設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611019804.1
• 申請(qǐng)日: 2016-11-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106569332B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-08-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張遠(yuǎn)航;溫圣林;唐才學(xué);王健;張清華;劉民才;楊春林;顏浩;羅子健;李昂
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 成都精密光學(xué)工程研究中心
• 主分類號(hào): G02B27/00
• 分類號(hào): G02B27/00;G02B5/30
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明公開(kāi)了一種連續(xù)型螺旋相位板設(shè)計(jì)方法，涉及應(yīng)用光學(xué)領(lǐng)域。步驟為：1)確定激光器波長(zhǎng)和對(duì)應(yīng)的光場(chǎng)分布；2)確定成像距離和目標(biāo)圖像；3)確定螺旋相位板整體尺寸和拓?fù)浜蓴?shù)；4)根據(jù)連續(xù)拋光工藝提取去除函數(shù)形態(tài)特征；5)根據(jù)步驟2)和步驟4)設(shè)計(jì)勻滑處理的數(shù)字濾波器；6)根據(jù)步驟5)獲得的數(shù)字濾波器對(duì)理想型螺旋相位板進(jìn)行連續(xù)化處理，獲得連續(xù)型螺旋相位板；7)利用連續(xù)拋光工藝軟件對(duì)連續(xù)型螺旋相位板進(jìn)行仿真計(jì)算，獲得殘余誤差波前；8)利用衍射理論對(duì)連續(xù)型螺旋相位板進(jìn)行光場(chǎng)模擬和功能校驗(yàn)；9)重復(fù)步驟5)至8)，達(dá)到預(yù)設(shè)要求，設(shè)計(jì)完成。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了較高光學(xué)性能和轉(zhuǎn)換效率的連續(xù)型螺旋相位板設(shè)計(jì)；用本發(fā)明設(shè)計(jì)的相位板制作工藝簡(jiǎn)單，成本較低。

所屬技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光學(xué)元件設(shè)計(jì)，尤其是螺旋相位板設(shè)計(jì)，屬于光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

目前，螺旋相位板是一種厚度與旋轉(zhuǎn)方位角成正比的透明玻璃板，它可以將高功率平面光束轉(zhuǎn)化為帶有軌道角動(dòng)量的渦旋光束，這種高功率渦旋光束在產(chǎn)生飛秒渦旋激光脈沖、激發(fā)環(huán)形等離子尾場(chǎng)、正負(fù)電子加速等高功率物理研究領(lǐng)域有重要的應(yīng)用，這些研究對(duì)產(chǎn)生渦旋光束的螺旋相位板提出了較高的光學(xué)性能。因此這對(duì)螺旋相位板的優(yōu)化設(shè)計(jì)和精密加工提出了迫切的需求。理想型螺旋相位板是連續(xù)的螺旋上升斜面和非連續(xù)的跳變截面兩部分組成。根據(jù)制備工藝的特點(diǎn)，目前一般將連續(xù)分布的螺旋上升斜面進(jìn)行臺(tái)階化設(shè)計(jì)，每個(gè)臺(tái)階面形分布為平面，臺(tái)階數(shù)越多越接近理想的連續(xù)面形結(jié)構(gòu)，光學(xué)性能越好，但由于采用套刻的工藝進(jìn)行加工，臺(tái)階數(shù)越多，所需要的工藝流程越多，需要對(duì)準(zhǔn)精度和工藝確定性極高的加工設(shè)備，加工成本高。更重要的是，由于多臺(tái)階化設(shè)計(jì)本身已經(jīng)截?cái)嗔寺菪仙泵娴倪B續(xù)性，因此，降低了渦旋光場(chǎng)的光學(xué)性能，光學(xué)轉(zhuǎn)換效率也受到較大影響。而理想型螺旋相位板具有無(wú)窮大梯度的跳躍截面，若采用連續(xù)拋光工藝直接對(duì)其加工，加工誤差較大。

基于以上現(xiàn)狀，本發(fā)明提出一種連續(xù)型螺旋相位板設(shè)計(jì)方法，該方法保持螺旋面的連續(xù)分布特性，對(duì)理想螺旋相位板的非連續(xù)跳變截面進(jìn)行連續(xù)化處理，實(shí)現(xiàn)既滿足強(qiáng)場(chǎng)物理應(yīng)用需求又達(dá)到連續(xù)工藝要求的螺旋相位板全連續(xù)化設(shè)計(jì)。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種連續(xù)型螺旋相位板設(shè)計(jì)方法。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：連續(xù)型螺旋相位板設(shè)計(jì)方法，包括以下步驟：

A.確定激光的波長(zhǎng)λ、通光口徑S及激光對(duì)應(yīng)的光場(chǎng)分布E₁；

B.確定波長(zhǎng)λ對(duì)應(yīng)的目標(biāo)圖像分布I和成像距離L；

C.根據(jù)通光口徑S與目標(biāo)圖像分布I確定拓?fù)浜蓴?shù)l和元件尺寸D；拓?fù)浜蓴?shù)l、旋轉(zhuǎn)方位角θ與波前W之間的關(guān)系如式(1)所示：

D.確定高斯型數(shù)字濾波器的標(biāo)準(zhǔn)差σ與標(biāo)準(zhǔn)差調(diào)整因子ε，高斯型數(shù)字濾波器函數(shù)表達(dá)式如式(2)所示：

標(biāo)準(zhǔn)差調(diào)整因子ε取值范圍為(-50％,50％)；

E.將步驟D中h(x,y)與波前W(x,y)進(jìn)行二維卷積運(yùn)算，獲得完全連續(xù)分布的螺旋波前W′_fc：

W′_fc(x,y)＝h(x,y)*W(x,y) (3)

(*為卷積運(yùn)算符)；

F.將完全連續(xù)分布的螺旋波前W′_fc進(jìn)行工藝仿真，獲得預(yù)計(jì)的波前殘差分布W(i,j)，并計(jì)算波前誤差參數(shù)RMSerr：

W(i,j)為波前殘差分布，為波前殘差分布平均值；N_i、N_j為波前殘差數(shù)據(jù)矩陣的行數(shù)與列數(shù)；