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衍射光学元件DOE设计与仿真验证

📚 共计 30 章节

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光的本质与波动光学基础

从麦克斯韦方程组到光波，理解光的波动性。

波动方程电磁波

惠更斯-菲涅尔原理

次波叠加与波前传播的物理图像。

基尔霍夫衍射理论

标量衍射理论的数学基础与边界条件。

标量衍射边界条件

菲涅尔衍射与夫琅禾费衍射

近场与远场衍射的区分与近似条件。

平面波展开与空间频率，衍射的傅里叶光学视角。

空间频率傅里叶光学

傅里叶变换在光学中的应用

透镜的傅里叶变换性质，4f系统。

采样定理与奈奎斯特频率

数字衍射计算中的离散化与混叠。

标量衍射的数值计算方法

直接积分、FFT与角谱法。

衍射光栅基础

光栅方程、色散与分辨本领。

光栅方程色散

二元光学元件

从连续浮雕到二元台阶，相位量化概念。

二元台阶量化

DOE的基本概念与分类

分束、整形、聚焦、扩散片等。

DOE的设计流程

从目标光场到相位分布的反向设计。

反向设计相位

Gerchberg-Saxton算法

迭代相位恢复的原理与实现。

GS算法相位恢复

改进的迭代算法

Fienup算法、混合输入输出算法。

模拟退火与遗传算法

全局优化在DOE设计中的应用。

模拟退火遗传算法

直接二元搜索算法

针对二元掩模的优化方法。

DBS二元掩模

DOE的量化误差分析

台阶数对衍射效率的影响。

量化误差台阶数

DOE的加工工艺

光刻、刻蚀、纳米压印与灰度掩模。

光刻纳米压印

DOE的衍射效率计算

标量效率与矢量效应。

衍射效率矢量效应

分束DOE的设计

达曼光栅与多焦点分束器。

达曼光栅分束

光束整形DOE

平顶光束、环形光束与任意形状生成。

平顶光束整形

扩散片与匀光器

基于DOE的照明均匀化设计。

匀光扩散片

涡旋光束与轨道角动量

螺旋相位板的设计。

涡旋光束OAM

多波长与消色差DOE

色散补偿与谐波衍射元件。

消色差谐波衍射

DOE的容差分析

加工误差、对准误差与温度效应。

容差对准误差

矢量衍射理论入门

RCWA与FDTD方法简介。

DOE设计软件工具

VirtualLab、Lumerical与开源方案。

VirtualLabLumerical

DOE的检测与表征

衍射效率测量、波前检测与MTF。

DOE在激光加工中的应用

光束分束、并行加工与光斑整形。

激光加工并行加工

DOE在AR/VR与3D传感中的应用

衍射光波导与结构光投影。