非成像元表面设计用于定向光束整形
摘要：非成像光学透镜可以将不相干光源的光强形状塑造成所需的目标强度分布，这在照明、太阳光浓缩和光束整形等应用中非常重要。它们的表面曲率被设计为确保从光源到目标的能量传递最优。这类透镜的性能直接与它们的非对称自由形状曲率相关，而这种曲率制造起来具有挑战性。元表面可以通过利用光学天线来赋予一种空间相关相位延迟来模拟任何表面曲率，而无需额外的制造困难。因此，元表面非常适合实现非成像光学，但元表面的非成像设计原则尚未确立。本文通过提出一种基于最优传输概念的相位设计方法，将非成像光学与元表面光学联系起来，迈出重要的一步。我们建立了一个理论框架，使得元表面可以将一个准直束重新分配到所需的输出强度分布。最优传输公式导致了元表面相位分布，从而将来自入射光束的能量全部传递到输出光束中，实现了高效的光束整形过程。通过各种示例，我们展示了我们的方法适用于各种不同的输入和输出强度分布。最后，我们进行了元表面的全场模拟来验证我们的相位设计框架。
作者：Kirstine Engell Sandager Nielsen, Mads Allerup Carlsen, Xavier Zambrana-Puyalto, S{o}ren Raza
论文ID：2207.07434
分类：Optics
分类简称：physics.optics
提交时间：2023-08-31