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繞射透鏡元件

時間:2022-12-08 14:29來源:未知作者: infotek點擊:次列印

摘要

如今，繞射透鏡在現代光學的各種應用中得到廣泛的使用。微結構表面被用來取代笨重的光學元件，與傳統鏡頭相比，得益於尺寸和重量的減小。在快速物理光學軟體VirtualLab Fusion中，這些結構既可以以理想化的形式建模，具有預定義的階次和效率，也可以更現實地建模，包括對實際微觀結構表面的精確分析。本文介紹了VirtualLab Fusion的繞射透鏡元件、可用的選項和應用的建模方法。

在哪裡可以找到元件?

繞射透鏡元件可以在Components > Single Surface & Stack下找到。

波前相位回應

繞射透鏡元件由單一曲面組成，其透射函數用多項式波前回應來描述。

繞射透鏡引入的波前相位回應在通道運算子（Channel Operator）選項卡中定義。如果繞射透鏡是從Zemax OpticStudio®導入的，資料將自動填寫(模型與Zemax OpticStudio®的Binary 2曲面一致)。

（來自VirtualLab Fusion手冊）

理想繞射透鏡的參數設置

然後，使用者可以在繞射結構建模（Diffractive Structure Model）選項卡中選擇將繞射透鏡模型定義為理想化的或具有真實曲面的，主要區別在於如何計算階次的效率。在理想函數的情況下，所需的繞射級數和它們的效率必須手動定義。

總結:理想繞射透鏡的計算方法

更多的信息：Local Linear Grating Approximation (LLGA) Idealized Grating Functions


1. 採用帶理想光柵函數的局部線性光柵近似法（LLGA）計算繞射透鏡的理想曲面。具體步驟如下:
2. 曲面上的輸入場被看作是局部平面波(LPWs)的組成。
每個LPW看到的曲面部分被認為是一個線性光柵(局部)。
3. 用理想光柵函數建模了LPW與局部線性光柵的相互作用。
  4. 理想光柵函數是由繞射階數、各階次繞射和繞射透鏡的波前相位回應決定的。它的工作不提供關於透鏡(理想繞射透鏡)的實際形狀的資訊。

實繞射透鏡的參數設置

對於繞射透鏡的真實結構，VirtualLab Fusion通過應用薄元近似(TEA)計算透鏡的高度。此外，通過使用薄元近似(TEA)和傅立葉模態法 (FMM)演算法的組合自動評估階次的效率。此外，使用者可以指定繞射元件的特徵，如設計波長和所需的分層。

也可以通過使用Export Structure按鈕匯出設計的高度剖面。

可用結構的高度計算(TEA)

繞射曲面高度結構定義為:

其中是結構高度剖面，是波前相位回應，α是高度比例因數，λ是設計波長，n是透鏡材料的折射率。然後，將TEA和FMM解算器應用於該結構，以計算所得到的階次的繞射效率。

總結：真實繞射透鏡計算方法

用傅立葉模態法/嚴格耦合波分析(FMM/RCWA)或薄元近似(TEA)的局部線性光柵近似(LLGA)來計算真實的繞射透鏡表面。其步驟是：
1. 將曲面上的輸入場處理為局部平面波(LPWs)的合成。
2. 每個LPW所看到的表面部分被認為是線性光柵 (局部)。
3. 用FMM/RCWA或TEA模擬了LPW與局域線性光柵的相互作用。
4. 對於真實的繞射透鏡，VirtualLab Fusion會自動在FMM/RCWA和TEA之間進行選擇。如果本地光柵週期大於波長的5倍，則使用TEA。否則，將使用FMM/RCWA對實際結構進行建模。

更多的信息：
Local Linear Grating Approximation (LLGA) FMM/RCWA

檔案資訊

延伸閱讀

-Chromatic Aberration Correction by Ideal Diffractive Lens in a Hybrid Eyepiece Model

-Local Linear Grating Approximation (LLGA)

-Idealized Grating Functions

-FMM/RCWA

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