多焦點繞射式光學元件設計

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姓名

王修辭(Hsiu-Tzu Wang) 查詢紙本館藏

畢業系所

光電科學與工程學系

論文名稱

多焦點繞射式光學元件設計
(The design of multi-foci diffractive optical element)

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摘要(中)

繞射式光學元件具備了許多異於傳統光學元件的特性，且具有體積小、製作容易、特殊光學功能……等的特性。由於設計的自由度高，一般傳統光學元件無法達到的功能許多都可以利用繞射式光學元件取代。
本篇論文對於繞射式光學元件的理論基礎、設計與優化的數值運算法加以介紹，並將不同屬性且具有不同問題的繞射式光學元件作區分，從簡單的設計開始，依照其特性用不同的理論( 近場繞射理論、遠場繞射理論 )、適合的數值運算法( 疊代法、楊-顧法、模擬退火法 )並程式上的技巧加以克服，並著眼於多焦點繞射光學元件於光學讀取、分光多樣應用性與未來更多樣的應用，設計並模擬出三種類型各異功能也不同的多焦點繞射光學元件。

關鍵字(中)

★ 多焦點
★ 繞射

關鍵字(英)

★ DOE
★ multi-foci
★ diffractive

論文目次

論文摘要
目錄
圖目錄
第一章緒論
1 - 1 前言………………………………………………………………………..1
1 - 2 二進階光學…….………………………………………………………….2
1 - 3 繞射式光學元件的特點
1-3-1繞射光學原件之優點……………………………………….………….3
1-3-2設計理論…………………………………………………….………….5
1 - 4 理論設計方法………………………………………………….………….6
1 - 5 關於本篇論文…………………………………………………..………….9
第二章原理
2 - 1 光學傳播理論……………………………………………….…………..11
2 - 2 設計法基本理論
2-2-1疊代法原理……………………………………………….…………...14
2-2-2 Y-G法原理……………………………………………….………..….16
2-2-3模擬退火法……………………………………………….…………...22
2-2-4誤差函數的選取………………………………………….………..….25
第三章程式流程與參數設定
3 - 1 前言……………………………………………………….………….….26
3 - 2 疊代法程式流程………………………………………….……….....….26
3-2-2 疊代法之參數設定與改良…………………………….…………...…29
3-2-2-1 自調適演算法………………………………………………………29
3-2-2-2消除數值運算的誤差…………………………………………..…...30
3 - 3 Y-G法程式流程………………………………………………………..…31
3-3-1 Y-G法的參數設定與程式改良
3-3-1-1 內迴圈的效用………………………………………………………34
3 - 4 模擬退火法程式流程…………………………………………………….35
3-4-1模擬退火法的參數設定………………...…………………………….37
第四章多焦點繞射式光學元件設計
4 –1 前言……………………………………………………………………….39
4 - 2 遠場二維設計……………………………..……………………………...41
4-1-1前言.………………………………………………..………………..…41
4-1-2字型輸出設計………………………………………………….….…...42
4 - 3 近場一維設計……………………………………………………...….….48
4-3-1前言…………………………………………………………...………..48
4-3-2一般的近場軸對稱設計…………………………………...………..…49
4-3-3檢測上的應用………………………………………………………….51
4 - 4 近場二維設計
4-4-1前言………………………………………………………………….…53
4-4-2近場二維設計…………………….……………………………………55
4 - 5 多焦點繞射式光學元件設計
4-5-1遠場平面多焦….………………………………………………………62
4-5-2軸向多焦設計………………………………………….………………63
4-5-3近場平面多焦………………………………………………………….65
第五章結論與未來展望…………..………

參考文獻

[1] 顧本源，董碧珍，”繞射光學元件的製作及其應用” (1998)
[2] Victor Soifer, Leonid Doskolovich, ”Iterative Methods for Diffractive
Optical Elements Computation”
[3] Stefan Sinzinger, Jurgen Jahns, ”Microoptics” (1999)
[4] 蘇聖中，”消色差繞射式光學元件的設計”，國立中央大學光電科
研究所，碩士論文，中華民國九十年
[5] Joseph W. Goodman, ”Introduction to Fourier Optics” (1996)
[6] 林暉雄，”長焦深雙波長繞射光學元件應用在光學讀取頭上之研究”，國立交通大學光電工程研究所，碩士論文，中華民國八十九年
[7] Hans Peter Herzig, ”Micro-Optics elements systems and applications”(1997)
[8] Nicolas Guerineau, ”Nondiffracting array generation using an N-wave interferometer”，J. Opt. Soc. Am. A, Vol. 16, No.2, P293 (1999)
[9] M. A. Golub, ”Computer generated diffractive multi-focal lens”, Journal of Modern optics, Vol.39, No.6, P1245 (1992)
[10] Victor A. Soifer, ”Multifocus diffractive elements”, Optical Engineering Vol.33, No.11, P3610(1994)
[11] Guo-zhen Yang et al. “Gerchberg-Saxton and Yang-Gu algorithms for phase retrieval in a nonunitary transform system：a comparison”Applied Optics, Vol.33. No.2, P209(1994)
[12] 劉娟，”偏振衍射光學元件的設計及微透鏡光場調制的矢量分析”，中國科學院物理研究所，博士論文(2001)

指導教授

張正陽(Jenq-Yang Chang)

審核日期

2002-7-4

推文