摘要
對於電磁場的全面表徵，不僅是能量密度的資訊，而且是相位的資訊都具有關鍵價值。雖然在模擬中我們可以直接從數位資料中計算出這些資訊，但在真實的實驗室中，則需要更複雜的方法。測量這種資訊的常見工具是Shack Hartmann感測器，它使用微透鏡陣列（MLA），通過焦平面上相應光點的位移來重建一個入射場的波前。為了研究這類設備，我們演示了Shack Hartmann感測器的模擬，以不同的波前作為輸入。
任務描述
a) 平面波
- 波長640nm
- 與原點的距離無限大
- 2毫米×2毫米直徑(長方形)
b) 傾斜的平面波
- 波長640nm
- 2.5°傾斜
- 2毫米×2毫米直徑(長方形)
c) 弱球面波
- 波長640nm
- 與原點的距離為100毫米
- 2毫米×2毫米直徑(長方形)
d) 強球面波
- 波長640nm
- 與原點的距離為40毫米
- 2毫米×2毫米直徑(長方形)
微透鏡陣列
- 材料：N-BK7
- 凸面-凸面
- 曲率半徑：5毫米
- 200 μm × 200 μm 透鏡尺寸（長方形）
- 5×5個微透鏡
探測器
- 輸入場的波前
- 理想平面波聚焦面的電磁場的能量密度
系統構件 - 元件
微透鏡陣列組件允許輕鬆定義任意形狀的微透鏡陣列。材料和尺寸通過 Solid選項卡定義，而微透鏡的表面形狀則使用堆疊概念進行配置，並可通過單獨的Surface Add-Ons選項卡訪問。
該元件可以通過整個結構或單個微透鏡進行模擬。
系統構件 – 探測器
Camera Detector能夠計算出系統中任何一點的電磁場的能量密度。Electromagnetic Field Detector計算出純的、複值的場資料。如果使用者希望看到這些資訊，它還可以計算和提取所述場的波前。
總結 - 組件...
模擬結果
光線和場模擬的第一印象
MLA前的波前
平面波
傾斜平面波
球面波
在模擬中，在進入Shack-Hartmann感測器之前可以檢測到場的波前。對於一個準直良好的光束來說，由於它不具備明顯的變形波面，我們期望焦平面上的光斑形成一個等距的網格。然而，在球面波的情況下，偏離中心的光點將經歷一個位置的移動，這取決於球面波的強度。
正常與傾斜的平面波
法向平面波
傾斜平面波
-非垂直輸入的平面波會導致整個圖案向相應的一側移動。
-更複雜的波前相位會導致光斑移動的不均勻分佈。
平面和兩個球面波的光線追蹤結果
右圖顯示了來自以下情況的光線追蹤結果
- 平面波
- 弱發散型球面波
- 強發散球面波，
通過多光源模擬的一個圖中。
中心斑點在同一位置，但斑點外觀不同，離中心越遠，由球面波產生的斑點根據其發散性表現出額外的向外移動。
球形波前 - 中心點
對於中心點的定位是相同的，因為光軸上的波前對於這三種情況也是相同的。
平面波
弱球面波
強球面波
球形波前 – 邊角點
然而，對於離軸光斑，光斑的位置會根據入射波面的強度而發生變化。
平面波
弱球面波
強球面波
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