[发明专利]自由曲面离轴反射系统的光场信息获取方法及优化方法

权利要求书

1.自由曲面离轴反射系统的光场信息获取方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1:根据自由空间的光场信息及自由曲面离轴光学元件处的光场信息得到自由曲面离轴反射系统的光场信息；

其中，自由曲面离轴光学元件处的光场信息的获取包括以下步骤：

S11:将自由曲面离轴光学元件的输入光场分解为高斯光束的叠加；

S12:用复射线跟踪等效所述高斯光束通过自由曲面离轴光学元件的传播；

S13:将传播后的高斯光束组合得到输出自由曲面离轴光学元件的光场信息。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中，使用角谱公式获取自由空间中的光场信息。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，自由空间中平面z处的光场由以下公式表示：

其中，E_l(x,y,z)表示光场，k_x,k_y,k_z分别为波矢量k在x,y,z方向上的分量，算子表示二维逆傅里叶变换，表示光场E_l的角谱。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S11中，所述高斯光束满足以下特征：单个高斯光束对应的基射线垂直于局部波前、单个高斯光束的主曲率匹配任意光场的局部主曲率、高斯光束具有适当的波束直径与相邻波束分离的比例、高斯光束的密度足以在相关应用中对孔径或波前进行充分采样。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S12中，所述复射线包括基射线、次级发散射线、次级平行腰射线；所述基射线为与高斯光束光轴重合、沿高斯光束传播方向的射线；所述次级发散射线为以束腰位置为起点、与光轴夹角为θ的射线；所述次级平行腰射线为距基射线的距离w₀，与基射线平行的射线；其中θ表示远场发散角，w₀表示高斯光束的腰斑半径。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述高斯光束通过追踪一条基射线、四条次级发散射线和四条次级平行腰射线来等效传播。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S13中，输出自由曲面离轴光学元件的光场由以下公式表示：

E^out＝P^outBPⁱⁿEⁱⁿ

其中，Pⁱⁿ是用于将光场从输入平面传播到自由曲面的运算符，P^out是将光场从曲面传播到输出平面的运算符，Eⁱⁿ为输入平面的光场，E^out为输出平面的光场。

8.自由曲面离轴反射系统的优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

A1:根据权利要求1-7任一项所述的方法获取自由曲面离轴反射系统中自由曲面离轴光学元件处的光场信息，所述光场信息包括光场的波前相位；

A2:根据所述光场的波前相位相对于球面相位的偏离，得到自由曲面离轴反射系统的像差特性；

A3:根据自由曲面离轴反射系统的像差特性在自由曲面上叠加对应的泽尼克面形，校正系统像差。

9.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-7任一项所述方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求8所述方法的步骤。