(45-6) 04 * << * >> * Русский * English * Содержание * Все выпуски

Метод расчёта преломляющего оптического элемента, формирующего заданные распределения освещённости и волновой фронт
Л.Л. Досколович 1,2, Д.А. Быков 1,2, А.А. Мингазов 1, Е.А. Безус 1,2

1 ИСОИ РАН – филиал ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН,
443001, Россия, г. Самара, ул. Молодогвардейская, д. 151,

2 Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва,
443086, Россия, г. Самара, Московское шоссе, д. 34

 PDF, 1193 kB

DOI: 10.18287/2412-6179-CO-912

Страницы: 818-827.

Аннотация:
В приближении геометрической оптики рассмотрен метод расчёта преломляющего оптического элемента с двумя рабочими поверхностями, преобразующего падающий пучок с плоским волновым фронтом в выходной пучок, формирующий заданное распределение освещённости и заданный волновой фронт. Приведены примеры расчёта оптических элементов, формирующих заданные распределения освещённости и сферические волновые фронты (сходящиеся и расходящиеся гомоцентрические пучки). Представленные примеры демонстрируют хорошие рабочие характеристики метода.

Ключевые слова:
преломляющая поверхность свободной формы, геометрическая оптика, обратная задача, освещённость, волновой фронт.

Благодарности
Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант 18-29-20003) в части «Инвариантные к распространению внеосевые Гауссовы пучки», Российского научного фонда (грант 18-19-00595) в части «Структурно-инвариантные эллиптические Гауссовы пучки», а также Министерства науки и высшего образования РФ в рамках выполнения работ по Государственному заданию ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН в части «Энергия и орбитальный угловой момент».

Цитирование:
Досколович, Л.Л. Метод расчёта преломляющего оптического элемента, формирующего заданные распределения освещённости и волновой фронт / Л.Л. Досколович, Д.А. Быков, А.А. Мингазов, Е.А. Безус // Компьютерная оптика. – 2021. – Т. 45, № 6. – С. 818-827. – DOI: 10.18287/2412-6179-CO-912.

Citation:
Doskolovich LL, Bykov DA, Mingazov AA, Bezus EA. Method for calculating a refractive optical element forming given illuminance distribution and wavefront. Computer Optics 2021; 45(6): 818-827. DOI: 10.18287/2412-6179-CO-912.

Литература:
  1. Laser beam shaping: Theory and techniques / ed. by F.M. Dickey, S.C. Holswade. – New York: Marcel Dekker, 2000. – 427 p. – ISBN: 978-0-8247-0398-1.
  2. Laser beam shaping applications / ed. by F.M. Dickey, S.C. Holswade, D.L. Shealy. – Boca Raton: CRC Press, 2006. – 376 p. – ISBN: 978-0-8247-5941-4.
  3. Chang, S. Design beam shapers with double freeform surfaces to form a desired wavefront with prescribed illumination pattern by solving a Monge–Ampère type equation / S. Chang, R. Wu, L. An, Z. Zheng // Journal of Optics. – 2016. – Vol. 18, Issue 12. – 125602. – DOI: 10.1088/2040-8978/18/12/125602.
  4. Feng, Z. Creating unconventional geometric beams with large depth of field using double freeform-surface optics / Z. Feng, B.D. Froese, C.-Y. Huang, D. Ma, R. Liang // Applied Optics. – 2015. – Vol. 54, Issue 20. – P. 6277-6281. – DOI: 10.1364/AO.54.006277.
  5. Feng, Z. Simplified freeform optics design for complicated laser beam shaping / Z. Feng, B.D. Froese, R. Liang, D. Cheng, Y. Wang // Applied Optics. – 2017. – Vol. 56, Issue 33. – P. 9308-9314. – DOI: 10.1364/AO.56.009308.
  6. Bösel, C. Ray-mapping approach in double freeform surface design for collimated beam shaping beyond the paraxial approximation / C. Bösel, N.G. Worku, H. Gross // Applied Optics. – 2017. – Vol. 56, Issue 13. – P. 3679-3688. – DOI: 10.1364/AO.56.003679.
  7. Bösel, C. Double freeform illumination design for prescribed wavefronts and irradiances / C. Bösel, H. Gross // Journal of the Optical Society of America A. – 2018. – Vol. 35, Issue 2. – P. 236-243. – DOI: 10.1364/JOSAA.35.000236.
  8. Mao, X. Fast design method of smooth freeform lens with an arbitrary aperture for collimated beam shaping / X. Mao, J. Li, F. Wang, R. Gao, X. Li, Y. Xie // Applied Optics. – 2019. – Vol. 58, Issue 10. – P. 2512-2521. – DOI: 10.1364/AO.58.002512.
  9. Wei, S. Double freeform surfaces design for beam shaping with non-planar wavefront using an integrable ray mapping method / S. Wei, Z. Zhu, Z. Fan, Y. Yan, D. Ma // Optics Express. – 2019. – Vol. 27, Issue 19. – P. 26757-26771. – DOI: 10.1364/OE.27.026757.
  10. Doskolovich, L.L. Designing double freeform surfaces for collimated beam shaping with optimal mass transportation and linear assignment problems / L.L. Doskolovich, D.A. Bykov, E.S. Andreev, E.A. Bezus, V. Oliker // Optics Express. – 2018. – Vol. 26, Issue 19.– P. 24602-24613. – DOI: 10.1364/OE.26.024602.
  11. Oliker, V. Beam shaping with a plano-freeform lens pair / V. Oliker, L.L. Doskolovich, D.A. Bykov // Optics Express. – 2018. – Vol. 26, Issue 15. – P. 19406-19419. – DOI: 10.1364/OE.26.019406.
  12. Rubinstein, J. Intensity control with a free-form lens / J. Rubinstein, G. Wolansky // Journal of the Optical Society of America A. – 2007. – Vol. 24, Issue 2. – P. 463-469. – DOI: 10.1364/JOSAA.24.000463.
  13. Caffarelli, L. On the numerical solution of the problem of reflector design with given far-field scattering data / L. Caffarelli, S. Kochengin, V. Oliker // Contemporary Mathematics. – 1999. – Vol. 226. – P. 13-32. – DOI: 10.1090/conm/226/03233.
  14. Kochengin, S. Computational algorithms for constructing reflectors / S. Kochengin, V. Oliker // Computing and Visualization in Science. – 2003. – Vol. 6. – P. 15-21. – DOI: 10.1007/s00791-003-0103-2.
  15. Oliker, V.I. Mathematical aspects of design of beam shaping surfaces in geometrical optics / V.I. Oliker. – In: Trends in nonlinear analysis / ed. by M. Kirkilionis, S. Krömker, R. Rannacher, F. Tomi. – Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag, 2002. – P. 193-224. – DOI: 10.1007/978-3-662-05281-5_4.
  16. Fournier, F.R. Fast freeform reflector generation using source-target maps / F.R. Fournier, W.J. Cassarly, J.P. Rolland // Optics Express. – 2010. – Vol. 18, Issue 5. – P. 5295-5304. – DOI: 10.1364/OE.18.005295.
  17. Michaelis, D. Cartesian oval representation of freeform optics in illumination systems / D. Michaelis, P. Schreiber, A. Bräuer // Optics Letters. – 2011. – Vol. 36, Issue 6. – P. 918-920. – DOI: 10.1364/OL.36.000918.
  18. Oliker, V. Controlling light with freeform multifocal lens designed with supporting quadric method(SQM) / V. Oliker // Optics Express. – 2017. – Vol. 25, Issue 4. – P. A58-A72. – DOI: 10.1364/OE.25.000A58.
  19. Doskolovich, L.L. On the use of the supporting quadric method in the problem of the light field eikonal calculation / L.L. Doskolovich, M.A. Moiseev, E.A. Bezus, V. Oliker // Optics Express. – 2015. – Vol. 23, Issue 15. – P. 19605-19617. – DOI: 10.1364/OE.23.019605.
  20. Mingazov, A.A. On the use of the supporting quadric method in the problem of designing double freeform surfaces for collimated beam shaping / A.A. Mingazov, D.A. Bykov, E.A. Bezus, L.L. Doskolovich // Optics Express. – 2020. – Vol. 28, Issue 15. – P. 22642-22657. – DOI: 10.1364/OE.398990.

© 2009, IPSI RAS
Россия, 443001, Самара, ул. Молодогвардейская, 151; электронная почта: journal@computeroptics.ru; тел: +7 (846) 242-41-24 (ответственный секретарь), +7 (846) 332-56-22 (технический редактор), факс: +7 (846) 332-56-20