[发明专利]一种多光谱光子筛

说明书

本发明公开了一种多光谱光子筛，光子筛上设有环带状分布的通光小孔，所述通光小孔的位置分布满足：，其中为设计焦距，m为通光环带的环带序号，P为谐衍射参数，P为大于1的整数，λ₀为设计波长，和是第m环上第n个小孔的位置，。本发明根据谐衍射理论使多个波长共焦的特性，提出了新型的谐衍射光子筛，使得光子筛可有效工作在可见光范围内的4个波长（分别为λ=437.5,500,583.3和700 nm）。使得单片光子筛实现多光谱色差成像，验证了设计理论。本发明提出的消色差的思想，不仅仅适用于光子筛，对于DOE有普遍的适用性。

技术领域

本发明涉及一种多光谱光子筛,属于光学成像技术领域。

背景技术

现有技术中，光子筛作为一种基于光的衍射原理的新型聚焦成像光学元件，在现代光学系统中扮演着越来越重要的角色。它是基于传统的菲涅尔波带片，用大量随机分布互不重叠的透光小孔去替代波带片的透光环带而形成的一种衍射光学元件(DOE)。然而，光子筛作为一种典型的DOE，对波长具有很强的依赖性，只能工作在设计的带宽极窄的单波长，当工作在多个波长时，就会产生较大的色差问题。

发明内容

本发明的发明目的是提供一种多光谱光子筛，实现多光谱消色差成像。

为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种多光谱光子筛，其特征在于，光子筛上设有环带状分布的通光小孔，所述通光小孔的位置分布满足：

其中f为设计焦距，m为通光环带的环带序号，P 为谐衍射参数，P为大于1的整数，λ₀为设计波长，xn和yn是第m环上第n个小孔的位置，n＝1,2,3...。

本发明中，选P＝5。

传统光子筛(CPS)第m环上第n个小孔的分布公式为：

由公式(1.1)可以看出，相邻环带的光程差为λ₀，因此，引入谐衍射参数P，使得光子筛相邻环带的光程差为Pλ₀。则可以推导出谐衍射光子筛(HDPS)第m环上第n个小孔的分布公式为：

其中f为设计焦距，m为通光环带的环带序号，P为谐衍射参数(P为大于1的整数)，λ0 为设计波长，xn和yn是第m环上第n个小孔的位置，n＝1,2,3...,

在公式(1.2)中，可以将Pλ₀看成是一个整体，令Pλ₀＝C(C为常数)。

则可以得到多个离散的波长为：

其中，k为对应波长λ的衍射级次。满足公式(1.3)的波长λ，也满足公式(1.2)，即相邻环带的光程差可以被认为是设计波长λ₀的P倍(P为大于1的整数)，也可以被认为是波长λ的k倍。波长λ的第k级衍射光在设计焦距f处实现了聚焦。称之为光子筛的谐衍射波。

谐衍射光子筛的设计波长λ₀＝700nm,P＝5,f＝500mm,D＝50mm。由公式(1.3)可知，我们可以在可见光范围内得到多个离散的谐波λ：

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

本发明根据谐衍射理论使多个波长共焦的特性，提出了新型的谐衍射光子筛，使得光子筛可有效工作在可见光范围内的4个波长(分别为λ＝437.5,500,583.3和700nm)。使得单片光子筛实现多光谱色差成像，验证了设计理论。本发明提出的消色差的思想，不仅仅适用于光子筛，对于DOE有普遍的适用性。

附图说明