摘要
如今，衍射透鏡在現(xiàn)代光學(xué)的各種應(yīng)用中得到廣泛的使用。微結(jié)構(gòu)表面被用來(lái)取代笨重的光學(xué)元件，與傳統(tǒng)鏡頭相比，得益于尺寸和重量的減小。在快速物理光學(xué)軟件VirtualLab Fusion中，這些結(jié)構(gòu)既可以以理想化的形式建模，具有預(yù)定義的階次和效率，也可以更現(xiàn)實(shí)地建模，包括對(duì)實(shí)際微觀結(jié)構(gòu)表面的精確分析。本文介紹了VirtualLab Fusion的衍射透鏡組件、可用的選項(xiàng)和應(yīng)用的建模方法。
在哪里可以找到組件?
衍射透鏡組件可以在Components > Single Surface & Stack下找到。
波前相位響應(yīng)
衍射透鏡組件由單一曲面組成，其透射函數(shù)用多項(xiàng)式波前響應(yīng)來(lái)描述。
衍射透鏡引入的波前相位響應(yīng)在通道運(yùn)算符（Channel Operator）選項(xiàng)卡中定義。如果衍射透鏡是從Zemax OpticStudio®導(dǎo)入的，數(shù)據(jù)將自動(dòng)填寫(xiě)(模型與Zemax OpticStudio®的Binary 2曲面一致)。
（來(lái)自VirtualLab Fusion手冊(cè)）
理想衍射透鏡的參數(shù)設(shè)置
然后，用戶可以在衍射結(jié)構(gòu)建模（Diffractive Structure Model）選項(xiàng)卡中選擇將衍射透鏡模型定義為理想化的或具有真實(shí)曲面的，主要區(qū)別在于如何計(jì)算階次的效率。在理想函數(shù)的情況下，所需的衍射級(jí)數(shù)和它們的效率必須手動(dòng)定義。
總結(jié):理想衍射透鏡的計(jì)算方法
采用帶理想光柵函數(shù)的局部線性光柵近似法（LLGA）計(jì)算衍射透鏡的理想曲面。具體步驟如下:
1. 曲面上的輸入場(chǎng)被看作是局部平面波(LPWs)的組成。
2. 每個(gè)LPW看到的曲面部分被認(rèn)為是一個(gè)線性光柵(局部)。
3. 用理想光柵函數(shù)建模了LPW與局部線性光柵的相互作用。
4. 理想光柵函數(shù)是由衍射階數(shù)、各階次衍射和衍射透鏡的波前相位響應(yīng)決定的。它的工作不提供關(guān)于透鏡(理想衍射透鏡)的實(shí)際形狀的信息。
更多的信息：Local Linear Grating Approximation (LLGA) Idealized Grating Functions
實(shí)衍射透鏡的參數(shù)設(shè)置
對(duì)于衍射透鏡的真實(shí)結(jié)構(gòu)，VirtualLab Fusion通過(guò)應(yīng)用薄元近似(TEA)計(jì)算透鏡的高度。此外，通過(guò)使用薄元近似(TEA)和傅里葉模態(tài)法 (FMM)算法的組合自動(dòng)評(píng)估階次的效率。此外，用戶可以指定衍射元件的特征，如設(shè)計(jì)波長(zhǎng)和所需的分層。
也可以通過(guò)使用Export Structure按鈕導(dǎo)出設(shè)計(jì)的高度剖面。
可用結(jié)構(gòu)的高度計(jì)算(TEA)
衍射曲面高度結(jié)構(gòu)定義為：
可選參數(shù)-分層水平
總結(jié)：真實(shí)衍射透鏡計(jì)算方法
用傅里葉模態(tài)法/嚴(yán)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(lái)計(jì)算真實(shí)的衍射透鏡表面。其步驟是：
1. 將曲面上的輸入場(chǎng)處理為局部平面波(LPWs)的合成。
2. 每個(gè)LPW所看到的表面部分被認(rèn)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(duì)于真實(shí)的衍射透鏡，VirtualLab Fusion會(huì)自動(dòng)在FMM/RCWA和TEA之間進(jìn)行選擇。如果本地光柵周期大于波長(zhǎng)的5倍，則使用TEA。否則，將使用FMM/RCWA對(duì)實(shí)際結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模。
更多的信息：Local Linear Grating Approximation (LLGA) FMM/RCWA
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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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