一種遠(yuǎn)場(chǎng)光場(chǎng)全矢量計(jì)算的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種遠(yuǎn)場(chǎng)光場(chǎng)全矢量計(jì)算的方法，通過其他全矢量計(jì)算方法得到光學(xué)器件的近場(chǎng)分布后，通過全矢量積分的方式，得到光場(chǎng)遠(yuǎn)場(chǎng)任意點(diǎn)的分布。既保留了全矢量計(jì)算的精度，又兼具了衍射算法的速度和遠(yuǎn)場(chǎng)可計(jì)算性。計(jì)算結(jié)果比標(biāo)量近似方法大為精確，不僅可以準(zhǔn)確地計(jì)算出遠(yuǎn)場(chǎng)光場(chǎng)的強(qiáng)度，也可以精確計(jì)算遠(yuǎn)場(chǎng)光場(chǎng)的位相。同時(shí)，由于積分公式占用內(nèi)存很小，且與遠(yuǎn)場(chǎng)距離無關(guān)，可以計(jì)算其他全矢量方法無法計(jì)算的遠(yuǎn)場(chǎng)，兼具快速高效的優(yōu)點(diǎn)?？蓮V泛應(yīng)用于光學(xué)領(lǐng)域。
【專利說明】一種遠(yuǎn)場(chǎng)光場(chǎng)全矢量計(jì)算的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種光場(chǎng)的計(jì)算方法，尤其涉及一種遠(yuǎn)場(chǎng)光場(chǎng)的計(jì)算方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著微納加工技術(shù)的不斷提高，光學(xué)器件越來越向小型化、集成化發(fā)展?，F(xiàn)有光 學(xué)器件的大小已經(jīng)可以做到微米甚至納米的量級(jí)，可以實(shí)現(xiàn)突破衍射極限的納米級(jí)光學(xué)操 控，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)光學(xué)器件無法完成的功能。在對(duì)該類微納光學(xué)器件的設(shè)計(jì)過程中，需要先 計(jì)算經(jīng)光學(xué)器件進(jìn)行調(diào)制后的光場(chǎng)，查看光場(chǎng)是否達(dá)到人們的設(shè)計(jì)目標(biāo)，進(jìn)而不斷調(diào)整光 學(xué)器件的參數(shù)，直到光場(chǎng)達(dá)到指標(biāo)完成器件的設(shè)計(jì)。因此，一種準(zhǔn)確、快速的光場(chǎng)計(jì)算方法 至關(guān)重要。
[0003] 由于微納光學(xué)元件尺寸非常小，達(dá)到波長(zhǎng)甚至亞波長(zhǎng)的量級(jí)，光場(chǎng)計(jì)算方法需要 采用考慮電磁場(chǎng)全部六個(gè)分量的全矢量方法。目前在對(duì)光場(chǎng)進(jìn)行計(jì)算的過程中，對(duì)于十個(gè) 波長(zhǎng)之內(nèi)的近場(chǎng)光場(chǎng)大都采用全矢量的有限元或者有限時(shí)域差分的方法。
[0004] 但是，對(duì)于大于十個(gè)波長(zhǎng)的遠(yuǎn)場(chǎng)光場(chǎng)目前大都采用非全矢量的標(biāo)量計(jì)算方法。但 是由于只考慮光場(chǎng)的一個(gè)分量，所得的結(jié)果只是近似結(jié)果，在傳統(tǒng)的大光學(xué)器件的設(shè)計(jì)中 可以采用，在微納光學(xué)器件設(shè)計(jì)中則不能給出準(zhǔn)確的遠(yuǎn)場(chǎng)結(jié)果。而全矢量的有限元或者有 限時(shí)域差分方法則由于計(jì)算光場(chǎng)的全部分量而需要占用大量的運(yùn)行內(nèi)存，只能計(jì)算近場(chǎng)光 場(chǎng)，無法給出遠(yuǎn)場(chǎng)的光場(chǎng)，同時(shí)計(jì)算速度慢。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] (一）要解決的技術(shù)問題
[0006] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題就是如何提供一種遠(yuǎn)場(chǎng)光場(chǎng)全矢量計(jì)算的方法，突破現(xiàn) 有技術(shù)大都只能采用非全矢量的標(biāo)量計(jì)算方法的局限。
[0007] (二）技術(shù)方案
[0008] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種遠(yuǎn)場(chǎng)光場(chǎng)全矢量計(jì)算的方法，其特征 在于，首先通過全矢量計(jì)算方法得到光學(xué)器件某一近場(chǎng)平面Γ的光場(chǎng)分布；
[0009] 然后通過基于格林函數(shù)的全矢量積分方法得到遠(yuǎn)場(chǎng)任意一點(diǎn)匕的光場(chǎng)分布，計(jì)算 方法如下：
[0010]

【權(quán)利要求】
1. 一種遠(yuǎn)場(chǎng)光場(chǎng)全矢量計(jì)算的方法，其特征在于，首先通過全矢量計(jì)算方法得到光學(xué) 器件的某一近場(chǎng)平面Γ的近場(chǎng)光場(chǎng)分布； 然后通過基于格林函數(shù)的全矢量積分方法得到遠(yuǎn)場(chǎng)任意一點(diǎn)匕的光場(chǎng)分布，計(jì)算方法 如下：
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的遠(yuǎn)場(chǎng)光場(chǎng)全矢量計(jì)算的方法，其特征在于，所述近場(chǎng)光場(chǎng)分 布的全矢量計(jì)算方法為有限時(shí)域差分或者有限元全矢量計(jì)算方法。
【文檔編號(hào)】G02B27/00GK104090364SQ201410209050
【公開日】2014年10月8日 申請(qǐng)日期:2014年5月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月16日
【發(fā)明者】胡濱, 劉娟, 王涌天, 韓劍 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)