使用非均的快速里叶变换进行尺度远场衍射建模,用于衍射光学相位元件的设计

科学领域:

• 光学和光子学 在光学和光子学.
• 计算成像技术的成像
• 光学设计设计的设计.

背景情况:

• 衍射光学元件 (DOE) 为传感,成像和全息显示提供紧和轻量级的解决方案.
• 准确的衍射建模对于预测DOE性能至关重要,但现有的方法在非抛向区域面临局限性.
• 远场的异常,非对轴衍射限制了当前DOE设计算法的精度.

研究的目的:

• 开发一种优化的衍射建模方法,用于设计在非偏向远场中最小化偏差的DOE.
• 通过改进的建模,提高DOE的成像质量和衍射效率.
• 为在轴上和离轴衍射场景验证拟议的方法.

主要方法:

• 为DOE设计开发了一种优化的衍射建模方法,集成非均快速里叶变换 (NUFFT).
• 采用代的富里埃转换算法 (IFTA) 与拟议的基于NUFFT的DOE优化模型.
• 引入了补偿矩阵,以进一步完善射模型中的成像质量.

主要成果:

• 基于NUFFT的DOE设计实现了90.73%的衍射效率和0.4817的RMSE,优于传统方法.
• 与标准方法 (83.56%的效率,0.5270RMSE) 相比,拟议的模型显示了7.17%更高的效率和8.59%更低的RMSE.
• 整合补偿矩阵进一步提高了0.18%的效率,并将RMSE降低了12.43% (至0.0599).

结论:

• 开发的基于NUFFT的衍射建模方法有效地减少了非偏向远场的偏差,优化了DOE成像性能.
• 该方法显著提高了衍射效率,并减少了与现有的衍射建模技术相比的根平均平方误差.
• 这种方法是多功能性的,成功地模拟和设计了DOE用于离轴衍射,入射角度高达30°.