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Optimization of aspheric geometric-phase lenses for improved field-of-view

机译：优化非球面几何相位透镜以改善视野

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In optical thin-films and surfaces, geometric phase is utilized to control the phase beyond that possible through optical path differences. Geometric-phase lenses, which are significantly thinner than refractive lenses for the same numerical aperture (NA), most commonly use a spherical phase profile. This is especially effective for normally incident light, but like other thin lenses, the performance degrades noticeably for off-axis incidence and wider fields-of-view. In this study, we investigate whether or not various aspheric designs provide better off-axis performance. We simulate aspheric singlet and doublet liquid crystal geometric-phase lenses (24.5 mm diameter, 40 mm back focal length at 633 nm), aiming to optimize spot size performance at 0, 3, and 7 degrees field angles, using Zemax OpticStudio 16.5. By using Zernike fringe phase expansions, we find conditions which provide improved off-axis performance. We demonstrate improved performance of a compact lens system utilizing these polarization-dependent optics.
机译：在光学薄膜和表面中，利用几何相位来控制相位，使其超过通过光程差可能产生的相位。对于相同的数值孔径（NA），几何相位透镜要比折射透镜要薄得多，而最常用的是球面相位轮廓。这对于垂直入射的光特别有效，但是与其他薄透镜一样，对于离轴入射和较宽的视场，性能会明显下降。在这项研究中，我们调查了各种非球面设计是否提供了更好的离轴性能。我们使用Zemax OpticStudio 16.5模拟非球面单透镜和双透镜液晶几何相位透镜（直径24.5 mm，在633 nm处的后焦距为40 mm），旨在在0、3和7度的场角下优化光斑尺寸性能。通过使用Zernike条纹相扩展，我们发现可以改善离轴性能的条件。我们展示了利用这些偏振相关光学元件的紧凑型镜头系统的改进性能。

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