Em comparação com o campo de manchas gaussiano tradicional, as manchas do Vórtice Óptico Perfeito (Perfect Optical Vortex, POV) apresentam desempenho único na transmissão do campo óptico, tamanho das manchas e efeito de memória óptica. No entanto, a intensidade luminosa anelar faz com que as manchas apresentem uma estrutura em "donut", resultando em baixa qualidade de imagem, baixa precisão de medição e dificuldades na análise de dados. Para isso, foi projetado um sistema óptico capaz de melhorar a uniformidade da iluminação das manchas POV. Usando o campo de manchas POV como fonte de luz, foi projetado, com base no ZEMAX, um sistema de iluminação Köhler de alta uniformidade, e parâmetros-chave como raio de curvatura e distância entre lentes foram otimizados sistematicamente por meio da redução da função de avaliação. O sistema é composto por uma lente coletora de três elementos e uma lente condensadora dupla colada. A lente coletora foi otimizada comparando o vidro coroa H-ZK9A e o vidro pedernal ZF2, enquanto a lente condensadora foi projetada usando lentes comerciais da Thorlabs. Os resultados da simulação mostram que, em condições de modo sequencial com comprimento de onda único, a uniformidade da iluminância do sistema supera 96%, chegando a 98,9% com a solução ZF2; em modo não sequencial, com introdução de dispersão física e modulação de fase, a uniformidade supera 90%; em condições de múltiplos comprimentos de onda, tanto no modo sequencial quanto no não sequencial, ambos os sistemas mantêm uniformidade de iluminação estável na faixa de luz visível, comprovando a adequação do sistema para cenários de iluminação amplo espectro. Em termos de características estatísticas microscópicas, o contraste das manchas no plano da imagem se aproxima de 1, e o tamanho característico da autocorrelação espacial simulado corresponde de perto com o valor teórico. Experimentos adicionais mostram que o sistema pode gerar de forma estável um campo dinâmico de manchas POV; os perfis de corte transversal e longitudinal obtidos experimentalmente, bem como a uniformidade da iluminação na região retangular central, superam 86%, validando a viabilidade do projeto. Os dados experimentais são ligeiramente inferiores aos resultados da simulação em modo não sequencial, atribuídos principalmente a erros de precisão de alinhamento dos componentes, resíduos de luz de ordem zero do SLM e ruído ambiental experimental. Este estudo conseguiu realizar com sucesso o design de uniformidade de iluminação das manchas POV, eliminando macroscopicamente a distribuição de intensidade anelar enquanto mantém precisa e sem perdas suas características estatísticas microscópicas, fornecendo uma abordagem viável para otimizar sistemas de iluminação estruturada especiais e estabelecendo a base para suas aplicações em imagens de precisão e processamento de informações.

Design óptico;Iluminação Köhler;Manchas do vórtice óptico perfeito;ZEMAX