[發明專利]焦斑全頻分段控制的連續相位板設計方法

有效

• 申請號: 201810084434.2
• 申請日: 2018-01-29
• 公開（公告）號: CN110095864B
• 公開（公告）日: 2020-06-30
• 發明（設計）人: 周申蕾;朱應成;張軍勇;鄔融
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: G02B27/00
• 分類號: G02B27/00;G02B5/30
• 代理公司: 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 張寧展

1.一種焦斑全頻分段控制的連續相位板設計方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1.設定激光的波長λ、近場輸入分布E_in，焦距f，遠場目標分布E_obj；

步驟2.設定焦斑頂部光強的均方根誤差σ_RMS所要達到的閾值；

步驟3.設定相位板為正方形，且邊長L大于近場輸入分布E_in的大小；

步驟4.設計限制相位周期的低通高斯濾波器，函數表達式如式(1)所示：

式中，為近場波矢，為相位板的最小單元頻率，n為超高斯階次，為近場頻域坐標；

步驟5.根據近場輸入分布E_in和遠場目標分布E_obj，獲得連續相位板的初始分布Φ₀，如式(2)所示：

C為常數因子，Φ(x_ff,y_ff)為[-π,π］的隨機遠場相位分布，表示傅里葉算符，為保留遠場低頻的低通濾波器，其中為遠場波矢，為初始相位的低頻截止頻率，為遠場頻域坐標，得到的Φ₀作為步驟7中初始的相位板分布Φ_cpp；

步驟6.根據目標焦斑E_obj的頻譜分布，設計控制遠場頻譜的帶阻濾波器，如式(3)所示：

分別為控制焦斑頻譜的高低截止頻率；

步驟7.根據光學衍射理論模擬出輸入光場E_in在當前相位板Φ_cpp作用下得到的遠場振幅分布E_ff和相位分布φ_ff，如式(4)所示，并計算焦斑頂部光強的均方根誤差σ_RMS，如式(5)所示：

表示傅里葉算符，I為輸出光強頂部各采樣點的大小，表示頂部平均光強；

步驟8.將得到的遠場振幅E_ff通過焦斑頻譜控制函數進行頻譜控制后得到的新的遠場分布E_ff′，如式(6)所示：

式中，為實數算符；

步驟9.用步驟8中得到的E_ff′替代E_ff，相位φ_ff保持不變，通過傅里葉逆變換得到對應的近場振幅分布E_nf和相位分布φ_nf，如式(7)所示：

步驟10.將步驟9中得到的相位分布φ_nf通過步驟4中的函數濾波后作為新的相位板Φ_cpp，重復步驟7至9，當頂部光強均方根誤差σ_RMS達到設定閾值時，迭代完成，獲得滿足要求的連續相位板分布。