回折光学素子｜ソリューション｜VirtualLab｜株式会社ティー・イー・エム

Diffractive Optics

回折光学素子

回折光学素子を使った光の整形、分岐、拡散

VirtualLab ではレーザー光を整形、分岐、拡散、均一化するための回折光学素子、微小光学素子、回折格子、自由曲面、ホログラムの設計とシミュレーションが可能です。高速な物理光学シミュレーションと最適化アルゴリズムにより、これらの素子の設計が可能で、回折、干渉、偏光、コヒーレンスを考慮することが可能です。

APPLICATION

アプリケーション

VirtualLab Fusionを使って設計したヘッドアップディスプレイアプリケーション用のホログラフィックスクリーン

回折光学素子
ホログラム
位相板
光の整形
分岐
拡散等
パターン生成
レーザー光の表示灯
ロゴ
空間光変調器（ SLM ）

回折光学素子による光の整形

赤色、緑色レーザー光を使用した
回折型のラインディフューザーと
リングディフューザー

回折型ビーム、スプリッターによる
光パターン生成

波動光学ソフトウェア VirtualLab ではレーザー光整形の為の、回折光学素子の設計とシミュレーションが可能です。 Diffractive Optics Toolbox では、以下の最適化のために反復フーリエ変換アルゴリズム（ IFTA ）とパラメトリック最適化を使用します。

回折光学素子
回折型ビームスプリッター
回折型ディフューザー
回折型、屈折型ビーム整形素子
計算機創生ホログラム
位相板
キノフォーム

集光レンズ、コリメーションレンズ、ビームエキスパンダー、フーリエレンズを含んだ回折光学素子の設計が可能です。光学シミュレーションには以下を含みます。

回折
干渉
偏光
時間的、空間的コヒーレンス度
強度
位相
収差

回折光学素子は、レーザービームを操作する様々なレーザーシステムに使用されます。典型的なアプリケーションは以下の通りです。

レーザー加工
インフォメーションディスプレイ
計測システム
通信関連
自動車関連
軍事関連
分光器

メリット

回折型ビームスプリッターの
1周期のバイナリ高さプロファイル

回折光学素子のレーザーシステムでの使用には以下のメリットがあります。

回折と干渉の影響の制御
ビームごとにカスタマイズされた出力を有するレーザービームの分岐
決定論的拡散板の設計
レーザービーム強度の整形
レーザーシステムのコンパクト化
任意の 2D 強度分布の生成
IFTA 法による任意のパラメータの高速な最適化

回折型ビームスプリッター

回折型ビーム分岐素子により
生成されたパターン

回折型ビームスプリッターは、単一のレーザービームを、任意のパワーと角度で、任意のビーム数に分岐します。ビームスプリッターは通常コリメーションレンズ、集光レンズ、ビームエキスパンダー、フーリエレンズと共に使用されます。ターゲット面でのビームサイズは、通常はレンズ光学系で制御されます。一方でビーム位置と強度は回折型ビームスプリッターによって制御されます。回折型ビームスプリッターでは以下の分布の生成が可能です。

レギュラースポットアレイ
スポットライン
任意の 2D スポットパターン

回折型ディフューザー

回折型ディフューザーによって
生成された強度分布

回折型ディフューザーは回折次数の重ね合わせを多く生成する決定論的散乱素子です。この回折次数間の重複が原因で、レーザービームのコヒーレンス度に応じてスペックルが現れます。ディフューザーは通常コリメーションレンズ、集光レンズ、ビームエキスパンダー、フーリエレンズと共に使用されます。光学的解像度は通常レンズ光学系により制御される一方で、回折型ディフューザーは強度分布を制御します。回折型ディフューザーは以下の分布の生成が可能です。

長方形と円形のトップハット
ライン
十字パターン
グリッドパターン
任意の 2D 強度パターン

回折型ビーム整形素子

ビーム整形素子によって生成された
トップハットプロファイルを有する
ドーナツモード

回折型、屈折型ビーム整形素子は通常コヒーレンスレーザー光の強度の整形に使用されます。これらの素子では、とても均一でスペックルフリーなライトパターンの生成が可能です。ビーム整形素子は、しばしばコリメーションレンズ、集光レンズ、ビームエキスパンダー、フーリエレンズと共に使用されます。回折型ビーム整形素子は強度分布を制御する一方で光学的解像度は通常レンズ光学系で制御されます。ビーム整形素子では以下の強度分布の生成が可能です。