[发明专利]连续型螺旋相位板设计方法

摘要

本发明公开了一种连续型螺旋相位板设计方法，涉及应用光学领域。步骤为：1)确定激光器波长和对应的光场分布；2)确定成像距离和目标图像；3)确定螺旋相位板整体尺寸和拓扑荷数；4)根据连续抛光工艺提取去除函数形态特征；5)根据步骤2)和步骤4)设计匀滑处理的数字滤波器；6)根据步骤5)获得的数字滤波器对理想型螺旋相位板进行连续化处理，获得连续型螺旋相位板；7)利用连续抛光工艺软件对连续型螺旋相位板进行仿真计算，获得残余误差波前；8)利用衍射理论对连续型螺旋相位板进行光场模拟和功能校验；9)重复步骤5)至8)，达到预设要求，设计完成。本发明实现了较高光学性能和转换效率的连续型螺旋相位板设计；用本发明设计的相位板制作工艺简单，成本较低。

主权项

1.一种连续型螺旋相位板设计方法，其特征在于，包括以下步骤：A.确定激光的波长λ、通光口径S及激光对应的光场分布E₁；B.确定波长λ对应的目标图像分布I和成像距离L；C.根据通光口径S与目标图像分布I确定拓扑荷数l和元件尺寸D；拓扑荷数l、旋转方位角θ与波前W之间的关系如式(1)所示：D.确定高斯型数字滤波器的标准差σ与标准差调整因子ε，高斯型数字滤波器函数表达式如式(2)所示：ε取值范围为(‑δ％,δ％),δ为大于0且小于100的任意实数；E.将步骤D中h(x,y)与波前W(x,y)进行二维卷积运算，获得完全连续分布的螺旋波前W′_fc：W′_fc(x,y)＝h(x,y)*W(x,y)   (3)F.将完全连续分布的螺旋波前W′_fc进行工艺仿真，获得预计的波前残差分布W(i,j)，并计算波前误差参数RMSerr：W(i,j)为波前残差分布，为波前残差分布的平均值；N_i、N_j为波前残差数据矩阵的行数与列数；G.光学模拟：根据衍射理论模拟成像距离L处螺旋波前W′_fc对应的环形光强度与理想光强度之间的光强偏差Is，如式(5)所示，并计算环带区域光强偏差Is的均匀性参数C_k，如式(6)所示：(x₁,y₁)为输入面坐标，(x₂,y₂)为成像面坐标，Is_aver为环带区域Area_ring的光强偏差平均值；H.将波前误差参数RMSerr和光强均匀性参数C_k带入费用函数Cost：Cost＝α·RMSerr+(1‑α)·C_K   (7)α为权重因子，其理论取值范围为0～1，其确切值由连续抛光工艺与物理实验需求共同确定；I.重复步骤E至H，调整标准差调整因子ε值，当费用函数Cost最小时，迭代完成，获得满足连续抛光工艺和光场性能要求的连续型螺旋相位板的波前分布W_fc。