JP2019086703A - 回折素子および回折素子の設計方法 - Google Patents
回折素子および回折素子の設計方法 Download PDFInfo
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Abstract
Description
(回折素子面における光の振幅分布の不整合について)
図1は回折素子と結像面との座標の関係を説明する図であり、図2は回折素子面における光の振幅分布の不整合を説明する図である。図1においては、回折素子面1に配置された回折素子に光が入射すると、この回折素子で位相変調が加えられてから右方向に進み、結像面2において所望の像を結ぶ場合を考える。
ここまでは、結像面2でU’(x’,y’)なる電磁場を実現することを直接の目的としていたが、ほとんどの回折素子の用途では、光電磁場分布そのものよりも光強度分布が所望のものになればよい。光強度分布I’(x’,y’)は、光電磁場分布とは、下記(15)式に示す関係で結ばれている。
(一対一の写像関係の決定)
図3は、直進性の高い光線の始点と終点との関係を説明する図である。本実施形態における回折素子面から結像面へ進む光線の始点と終点の関係は図3を用いて説明することができる。図3では、説明の便宜のため、以降はyとy’を省略し、1次元の関数として示している。図3(a)の曲線は回折素子面1の面内での入射光の強度分布I0(x)を示し、図3(b)の曲線は結像面2の面内での光強度分布I’(x’)を示している。
本実施形態ではさらに、上記のように決定された始点・終点の関係を成立させるための回折素子面1上または結像面2上での波面を決定して回折素子面1上で発生させるべき電磁場の位相を特定することにより、回折素子によって行うべき位相変調を求める。
回折素子面1の面内でU0(x,y)なる電磁場関数で表される入射光から結像面2の面内でI’(x’,y’)なる強度分布を有する光を生成しようとする場合、以上のようにしてU(x,y)を計算すると、回折素子面1上での入射光の振幅A0(x,y)とA(x,y)とが一致するため、位相変調のみでの光変換でも、パワー効率のよい変換が可能となる。
図4に示した例では、(22)式で示したような変数分離型の関数で表現できる入射光と出射光の場合について、回折素子の位相変調パターンを設計する方法にして詳細に説明したが、本発明の本質は、入射光の光強度分布を連続的に出射光の光強度分布に再配列するために、光線の始点と終点とを対応付ける写像を用いて回折素子パターンを計算することであり、変数分離型の関数に限定されるものではない。本質は、
Claims (4)
- 回折素子面において第1の光強度分布で入射する所定の波長λの入射光を結像面において第2の光強度分布を有する出射光となるように変換する回折素子の設計方法であって、
前記第1の光強度分布と前記第2の光強度分布とに基づいて前記回折素子の面上の1点を始点とし結像面の面上の1点を終点とする光線を定義したときの始点の座標と終点の座標との間の対応関係である一対一の写像関係を決定する工程と、
前記始点の座標における波面の法線が前記終点の座標に達するように前記写像関係に基づいて前記回折素子面における第1の波面の関数を決定する工程と、
前記第1の波面の関数と前記入射光の位相とから回折素子によっておこなうべき位相変調を算出する工程と、
前記算出した回折素子によっておこなうべき位相変調の分布から前記回折素子における厚さの分布を算出する工程とを含むことを特徴とする回折素子の設計方法。 - 回折素子面において第1の光強度分布で入射する所定の波長λの入射光を結像面において第2の光強度分布を有する出射光となるように変換する回折素子の設計方法であって、
前記第1の光強度分布と前記第2の光強度分布とに基づいて前記回折素子の面上の1点を始点とし結像面の面上の1点を終点とする光線を定義したときの始点の座標と終点の座標との間の対応関係である一対一の写像関係を決定する工程と、
前記終点の座標における波面の法線が前記始点の座標から達したように前記写像関係に基づいて前記結像面における第2の波面の関数を決定する工程と、
前記第2の波面の関数に基づいて前記結像面における電磁場関数を決定する工程と、
前記決定された結像面の電磁場関数に対応する前記回折素子面における電磁場関数を求める工程と、
前記求めた回折素子面における電磁場関数から始点の座標における位相を決定する工程と、
前記決定された始点の座標における位相と前記入射光の位相とから回折素子によっておこなうべき位相変調を算出する工程と、
前記算出した回折素子によっておこなうべき位相変調の分布から前記回折素子における厚さの分布を算出する工程とを含むことを特徴とする回折素子の設計方法。 - 前記一対一の写像関係を決定する工程が、前記始点の座標が(x1,y1)であり、前記第1の光強度分布がI(x1,y1)であり、前記終点の座標(x’1,y’1)であり、前記第2の光強度分布がI’(x’1,y’1)であるとき(ここでdx’1とは、始点座標dx1だけ動いたとき、それに対応する終点の座標x’1が動く距離を表し、dy’1も同様である)に、I(x1,y1)dx1dy1=I’(x’1,y’1)dx’1dy’1なる関係が常に成り立つように前記対応関係を決定することを特徴とする請求項1または2に記載の回折素子の設計方法。
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KR20220068873A (ko) * | 2020-11-19 | 2022-05-26 | 경북대학교 산학협력단 | 호겔 기반 hoe 광학 설계 시스템 및 방법 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US4547037A (en) * | 1980-10-16 | 1985-10-15 | Regents Of The University Of Minnesota | Holographic method for producing desired wavefront transformations |
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KR102517044B1 (ko) * | 2020-11-19 | 2023-04-04 | 경북대학교 산학협력단 | 호겔 기반 hoe 광학 설계 시스템 및 방법 |
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