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Scalar far-field diffraction modelling using nonuniform fast Fourier transform for diffractive optical phase elements design
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AI
DOI：10.1364/oe.540359.png)
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摘要
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由于紧凑结构和轻量化的优势，衍射光学元件（DOEs）在传感、成像和全息显示等众多应用中具有吸引力。在基于算法设计DOEs时，需要衍射模型来追踪衍射光的传播并预测性能。为了实现更精确的衍射场追踪和光学性能仿真，已提出并发展了多种衍射模型。然而，这些模型在衍射角度上存在限制，或在远场非傍轴区域仍存在严重的像差，这不利于上述应用。本研究开发了一种基于非均匀快速傅里叶变换（NUFFT）的优化衍射建模方法，用于在远场非傍轴衍射区域最小化DOE设计中的像差。仿真结果表明，采用迭代傅里叶变换算法（IFTA）并结合所提出的衍射建模方法设计的DOE，其成像畸变得到了有效优化。此外，所设计的DOE具有90.73%的衍射效率和0.4817的均方根误差（RMSE）。与采用直接从输出平面衍射波前表面映射的非均匀衍射采样点进行建模的DOE相比，其衍射效率提高了7.17%，RMSE降低了8.59%（0.0453），该DOE的衍射效率为83.56%，RMSE为0.5270。进一步地，将补偿矩阵引入开发的衍射模型中，以进一步提升设计DOE的成像质量，实现了衍射效率增加0.18%和RMSE降低12.43%（0.0599）。此外，我们还利用所提出的方法处理离轴衍射情况下的DOE设计，并成功重建和模拟了入射照明角度高达30°的衍射场。
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