一種實現消色散光變圖像的二元光學方法探討

吳警政 許忠保 周勝飛

（1.湖北工業大學機械工程學院，湖北 武漢430068；2.廣西科技大學鹿山學院，廣西 柳州545616）

0 引言

光變圖像想要實現非彩色圖像，從原理上分析需要采用消色散的光學方法。對此，以往有研究采用定向散斑結構，雖然能夠達到目的，但是不適合使用在精密圖像的制作中；也有研究采用非標準衍射光柵結構，結果發現條紋占空比過大，制作時間也比較長，不利于推廣。本文提出采用二元光學方法實現消色散光變圖像，條形散斑結構的單元圖形經空間光調制器輸入，形成定向散斑單元圖形。

1 二元光學設計理論分析

二元算法就是在知道輸入和輸出光場的情況下分析二元位相的分布，目標振幅分布采用公式rect（x／2a）rand（x，y）來表示，其中rand（）代表隨機分布函數，通過迭代計算得到二元位相角分布。再現光強采用F（x，y）＝rect（x／2a）rand（x，y）表示，F（）代表傅里葉變換，輸出光場F（x，y）是已知的，通過逆相求解的方法求解二元位相，可以看到位相結構呈現一種條形狀，具有定向衍射的特點［1］。

通常情況下使用波長會小于二元光學元件的最小位相單位，因此二元光學元件的衍射可采用標量波理論來計算，衍射效率采用 表示，式中的分子部分和分母部分分別代表再現目標圖像和整個再現光場的光強，M代表整個再現光場的長度，N代表寬度。在采用白光照射的情況下，再現光場用函數R（x，y，λ）表示，在反射光的方向上，可見光的波長在400～760nm之間，通過Matlab軟件的計算，光強分布如圖1所示，同一位相的衍射效率也不一致，但衍射光仍然表現為白光。……