Сравнительный анализ алгоритмов расчета оптических систем с использованием композитных голограммных оптических элементов

Ахметов Д.М., Муслимов Э.Р., Харитонов Д.Ю., Павлычева Н.К., Гуськов И.А., Гильфанов А.Р., Терентьев А.И. Сравнительный анализ алгоритмов расчета оптических систем с использованием композитных голограммных оптических элементов // Оптический журнал. 2023. Т. 90. № 5. С. 63–75. http://doi.org/10.17586/1023­5086­2023­90­05­63­75

Akhmetov D.M., Muslimov E.R., Kharitonov D.Y., Pavlychevа N.K., Guskov I.A., Gilfanov A.R., Terentyev A.I. Comparative analysis of design algorithms for optical systems using composite holographic optical elements [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2023. V. 90. № 5. P. 63–75. http://doi.org/10.17586/1023­5086­2023­90­05­63­75

Предмет исследования. Два алгоритма расчета оптической схемы на базе композитного голограммного оптического элемента, направленные на оптимизацию дифракционной эффективности, первый из которых основывается на последовательном разбиении голограммного элемента, второй — на осреднении локально оптимизируемых параметров голограммы. Целями работы являются разработка алгоритмов определения конфигурации композитной голограммы и ее параметров в каждой из субапертур, а также их дальнейшее использование для достижения высокой ДЭ, равномерно распределенной по рабочему спектральному диапазону прибора. Метод. Алгоритмы базируются на применении уравнения Велфорда для трассировки лучей через голограмму и теории Когельника для одновременного вычисления дифракционной эффективности в нескольких субапертурах. Основные результаты. В качестве демонстрационного примера представлены расчет и анализ оптической схемы спектрографа, работающего в ближней инфракрасной области спектра с высокой угловой дисперсией. На вход спектрографа подается расходящийся пучок лучей с числовой апертурой 0,14. Спектрограф работает в области длин волн от 830 до 870 нм, центр которой соответствует длине волны излучения стандартного лазерного источника. Оптическая система состоит из коллиматора, двух объемно­фазовых пропускающих голограммных решеток, камерного объектива и фотоприемника. Показано, что наибольший выигрыш в дифракционной эффективности композитной голограммы из трех прямоугольных субапертур в сравнении с одиночной голограммной решеткой без оптимизации параметров достигает 5,1 раз и наблюдается на длинноволновом краю спектра. Практическая значимость. Предложенные алгоритмы позволят определять оптимальное количество, форму и расположение субапертур композитного голограммного оптического элемента. Полученные результаты позволят спроектировать спектрограф, отличающийся повышенной и более равномерной яркостью изображения по всему рабочему диапазону.