衍射微柱透镜焦深和焦移特性的矢量分析

冯迪; 严瑛白; 金国藩; 谭峭峰

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衍射微柱透镜焦深和焦移特性的矢量分析

冯迪 , 严瑛白 , 金国藩 , 谭峭峰

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Citation:

衍射微柱透镜焦深和焦移特性的矢量分析

1.
清华大学精密仪器系, 北京, 100084

作者简介: 冯迪,男,1972年4月出生.博士研究生.目前从事衍射微光学元件的分析、设计和工艺研究..

基金项目:
国家高科技资助项目
中图分类号: O436

Rigorous vector analysis of diffractive micro-cylindrical lenses’characteristics of focal depth and focal shift

1.
Department of Precision Instruments, Tsinghua University, Beijing, 100084
CLC number: O436

摘要: 当衍射光学元件的特征尺寸可以与照射光波长比拟时,必须考虑光波矢量衍射特性。利用矢量分析方法——二维时域有限差分法(FDTD)对有限口径衍射微柱透镜的焦深和焦移特性进行严格矢量分析,与传统标量分析方法的结果进行了详细比较。分析给出TE波垂直入射情况下衍射微柱透镜焦深和焦移与透镜F数的关系,结果表明,微柱透镜的焦移量要大于标量分析结果,而二者得出的焦深量基本一致,这些结论对衍射微透镜的设计和实际应用有一定指导意义。同时分析了透镜面型量化对焦深和焦移的影响,讨论了矢量分析方法的数值色散、计算空间吸收边界的设置和FDTD计算区稳定电磁场向观察面的传播算法。
- 衍射光学 /
- 焦深 /
- 焦移 /
- 时域有限差分方法 /
- 衍射微柱透镜
Abstract: The vector diffraction characteristic must be considered to diffractive optical elements whose features are on the order of or smaller than the wavelength of the incident illumination. We present the rigorous vector analysis of diffractive micro cylindrical lenses that are finite in extent using a two-dimension finite-difference time-domain (FDTD) method. Using these effective analysis tools,lens' characteristics of focal depth and focal shifthave been analyzed rigorously. The results are compared with the scalar theory and the effects of quantified profiles are presented,respectively. Minimizing the numerical dispersion in the FDTD calculation region,setting the absorbing boundary and calculating the steady state electromagnetic fields' propagation from the FDTD region to the observation plane has been discussed in detail.
- diffraction optics /
- focal depth /
- focal shift /
- finite-difference time-domain(FDTD) /
- diffractive micro-cylindrical lenses

[1]	Cordingley J.Appl Opt,1993,32:2538～2549.
[2]	Yee K S.IEEE Trans Antennas Propag,1966,AP14:302～307.
[3]	Prather D W,Shi S Y.Opt Engng,2000,39:1850～1857.
[4]	Shi S Y,Tao X D,Yang L Q et al.Opt Engng,2001,40:503～510.
[5]	Taflove A.Computational electrodynamics:the finite-difference time-domain method.Boston:Artech House,1995:81～107.
[6]	Berenger J P.J Comput Phys,1994,114:185～200.

[1]	冯迪 , 严瑛白 , 谭峭峰 . 双离轴衍射透镜的矢量设计算法. 激光技术, 2003, 27(6): 517-519.
[2]	彭润伍 , 吕百达 . 两种处理焦移方法的比较研究. 激光技术, 2004, 28(1): 108-110.
[3]	刘文兵 , 钟鸣 , 何衡湘 , 夏惠军 , 张翼 , 欧群飞 , 衣学斌 . 部分相干环形光束经透镜聚焦的焦移和焦开关. 激光技术, 2008, 32(3): 259-261.
[4]	谢鹏飞 , 彭润伍 , 谢海情 . 色散透镜系统中宽带厄米-高斯光束的焦移. 激光技术, 2019, 43(3): 406-410. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2019.03.022
[5]	张永利 , 潘留占 , 孙金锋 . 平顶高斯光束通过光阑-透镜分离系统的焦移. 激光技术, 2010, 34(2): 258-260,264. doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2010.02.031
[6]	季小玲 , 吕百达 . 平顶高斯光束通过光阑透镜的焦移. 激光技术, 2003, 27(1): 55-57,72.
[7]	刘全 , 吴建宏 , 李朝明 . 取样光栅的设计及衍射行为研究. 激光技术, 2005, 29(4): 398-400,422.
[8]	彭润伍 , 吕百达 . 贝塞尔光束通过光阑-透镜分离系统的焦移. 激光技术, 2003, 27(1): 26-28.
[9]	林娟 , 郭福源 . 高斯光束的复数变换与几何光学方法. 激光技术, 1997, 21(4): 227-230.
[10]	周萍 , 闫明宝 , 王海龙 . 复合介质柱缺陷光子晶体波导透射谱的研究. 激光技术, 2009, 33(2): 195-197,220.
[11]	李志斌 , 郑刚 , 章立新 . 一种提高粒子再现像对比度的方法. 激光技术, 2010, 34(1): 112-115. doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2010.01.032
[12]	杨蓉 , 李劲松 . 振幅调制高斯光束的聚焦特性及焦深. 激光技术, 2009, 33(4): 437-439,448. doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2009.04.030
[13]	杨智 , 戴一帆 , 张沛 . 折衍混合在长焦物镜中的应用研究. 激光技术, 2007, 31(2): 206-208.
[14]	彭润伍 , 吕百达 . 厄米-高斯光束通过光阑-透镜系统的聚焦特性. 激光技术, 2003, 27(3): 220-222.
[15]	闫明宝 , 周萍 , 王海龙 . SiO2/Si光子晶体透射特性的数值研究. 激光技术, 2009, 33(1): 50-52,70.
[16]	张巧鸽 , 楼宇丽 , 宋庆和 , 桂进斌 , 李重光 . 参考光为平面波和球面波时焦距检测对比研究. 激光技术, 2017, 41(3): 421-426. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2017.03.023
[17]	王双义 , 林殿阳 , 王超 , 吕志伟 . 光纤组束研究的新进展. 激光技术, 2005, 29(6): 657-661.
[18]	鲁建业 , 申作春 , 董蕴华 , 高惠德 , 马祖光 . 激光束耦合叠加的理论研究. 激光技术, 2002, 26(4): 297-299,302.
[19]	王喜庆 , 吕百达 . 拉盖尔-高斯光束的聚焦特性. 激光技术, 1996, 20(3): 185-190.
[20]	楚晓亮 , 李强 , 张彬 . 截断高斯-谢尔模型光束聚焦特性的快速分析. 激光技术, 2002, 26(5): 370-372.

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衍射微柱透镜焦深和焦移特性的矢量分析

作者简介: 冯迪,男,1972年4月出生.博士研究生.目前从事衍射微光学元件的分析、设计和工艺研究.

1. 清华大学精密仪器系, 北京, 100084

收稿日期: 2002-12-31
录用日期: 2003-01-24
网络出版日期: 2003-09-25

基金项目: 国家高科技资助项目

关键词:

摘要: 当衍射光学元件的特征尺寸可以与照射光波长比拟时,必须考虑光波矢量衍射特性。利用矢量分析方法——二维时域有限差分法(FDTD)对有限口径衍射微柱透镜的焦深和焦移特性进行严格矢量分析,与传统标量分析方法的结果进行了详细比较。分析给出TE波垂直入射情况下衍射微柱透镜焦深和焦移与透镜F数的关系,结果表明,微柱透镜的焦移量要大于标量分析结果,而二者得出的焦深量基本一致,这些结论对衍射微透镜的设计和实际应用有一定指导意义。同时分析了透镜面型量化对焦深和焦移的影响,讨论了矢量分析方法的数值色散、计算空间吸收边界的设置和FDTD计算区稳定电磁场向观察面的传播算法。