关于光学软件设计衍射透镜的一点总结

为验证衍射透镜的波长和折射率对焦距的影响，查看了zemax等光学软件。

上图所示，传统透镜以2Π相位延迟折叠形成Fresnel。

衍射元件的设计：标量衍射理论(特征尺寸远大于波长)；矢量衍射理论(特征尺寸和波长相当甚至亚波长)

Zemax软件设计衍射透镜，提供Binary 2， Fresnel(序列)，Fresnel 1(非序列)等多个面型。

Zemax模拟衍射透镜的原理：

二元光学元件是一个衍射元件，要分析它的特性，应该用实际的衍射理论，一般应该应用是矢量衍射理论，
而光学设计软件的基本功能是光线追迹，其理论依据是几何光学，软件之所以能够支持需要用矢量衍射理论来
分析的二元光学，原因就在于光学设计软件对于二元光学面的模拟，仅仅模拟了二元光学的位相延迟对入射光
线的方向余弦的改变，也就是对光线方向的改变，而这一点，正是二元光学对于光学成像方面作用。这种模拟
方法，把二元光学的作用与一个普通的光学元件等效了，其实反映了一个众所周知的观点：物理光学与几何光
学是不矛盾的，几何光学是物理光学在波长趋于0 的近似。
以ZEMAX 为例，ZEMAX 软件由于它的易用性，这几年发展得非常快，功能也很完善，已经成为最普遍
使用的光学设计软件了。本文以ZEMAX 设计实例有一定的代表性。ZEMAX 模拟二元光学并不真正模拟二元
光学面的矢高随着每个区的变化，而是模拟二元光学面对于入射波不同部位的位相延迟。

Binary 2：通过模拟相位延迟，实现衍射透镜的聚焦、色散等等，其光焦度与材料折射率和矢高无关。(需验证：材料折射率的变化应该还是可以影响其焦距。结果：FDTD仿了下两台阶的衍射透镜，折射率变化不影响焦距，即衍射透镜环带位置与焦距有关)

序列Fresnel：实际上属于谐衍射透镜(以4Π，8Π甚至更大进行相位折叠)，并不是严格意义上的Fresnel，导致改变波长，其焦距变化不大。改变折射率，焦距有微弱变化。

小结：普通衍射透镜和谐衍射透镜的区别：

1、普通衍射透镜(p=1)是相位透镜，色散与波长有关，材料不影响透镜的光谱特性。

2、谐衍射透镜：p>1，且p越大，透镜厚度越大，色散介于普通衍射透镜和折射透镜之间，色散仍与折射透镜反号，衍射性能减弱；折射性能增强，材料对光谱性能有影响。谐衍射透镜单色像差与普通衍射透镜类似，光谱特性介于折射透镜与衍射透镜之间，降低了工艺要求，可用在多光谱、宽视场及大数值孔径的光学成像系统中。

Zemax序列模式的Fresnel不显示锯齿(很浅)，非序列模式可显示锯齿，LightTools也可进行Fresnel的模拟，但是这些模型模拟衍射透镜折射率对焦距影响的效果一般。

上述软件内置的衍射面的尺寸远大于波长，个人认为是谐衍射透镜，因此透镜材料对焦距等有微弱影响，但又不是普通衍射透镜(极薄)，材料完全不影响。

以上分析，从谐衍射的理论也可看出，p=1时，普通衍射透镜，色散与折射透镜反号，焦距与波长成反比，材料不影响透镜。随着p增大，透镜厚度增加，色散介于普通衍射透镜和折射透镜之间，色散仍与折射反号，衍射性能减弱，折射性能增强，即材料对光谱性能有影响。

如果衍射透镜的特征尺寸相当于波长或亚波长量级，那么需要使用矢量衍射理论。

添加：Zemax设计谐衍射透镜

利用Binary 2和多重结构可实现多重结构的设计，谐衍射p的选取根据波段、衍射效率(参考谐衍射理论)。

需要注意的是，在zemax中，不同的波段和衍射级次，对应的相位系数不同时，才可保证环带宽度一致(通过phaseplot查

看)。这点可以通过以下公式得出，即：zemax将衍射级次和相位系数捆绑在一起，导致phaseplot中显示不同。

实际上，不同波段时，相位系数是不应该变化的，一个元件对应一组相位系数。优化时保证各波段后焦距一致。

关于光学软件设计衍射透镜的一点总结相关推荐

人工衍射透镜的设计与分析
摘要多焦点人工晶体植入术是目前广泛应用于白内障治疗的技术.衍射式人工晶体的优点之一是为患者提供了良好的远近视力.这样的镜头通常使用如Zemax OpticStudio的Binary 2表面设计.在这 ...
眼内衍射透镜的设计与分析
1. 摘要如今,多焦点眼内透镜移植已广泛用于白内障的治疗.作为其优势特点之一,衍射眼内透镜为病患提供了很好的远近景性能.这种透镜经常在Zemax OpticStudio 中采用binary2面型进行 ...
热门光学软件之初体验网络课程系列大纲8
主题八:国产软件介绍(周五下午) 课程概要: OCAD 具有鲜明工程化特色的中国光学自动设计,快捷方便操作实用性很强.程序重点在于可以首先进行复杂光学系统的初始布局,进行设计前期的总体方案设计:可 ...
软件设计是怎样炼成的（6）——打造系统的底蕴（数据库设计）（上篇）
摘要: 数据库是系统的根基,如果需求变更导致你要经常修改数据库的字段,甚至需要修改表及表关系,相信多折腾几次谁都受不了!因为数据库结构的变化,不仅仅是数据库本身的变更,实体类.数据操作层.逻辑层和表现 ...
C#软件设计——小话设计模式原则之：依赖倒置原则DIP
前言:很久之前就想动笔总结下关于软件设计的一些原则,或者说是设计模式的一些原则,奈何被各种bootstrap组件所吸引,一直抽不开身.群里面有朋友问博主是否改行做前端了,呵呵,其实博主是想做" ...
初识设计模式、软件设计的六大原则
总结:本篇文字分为两个部分.第一部分:设计模式基本常识:第二部分:软件设计中的六大原则,并详细分析了单一职责原则.(本篇文章的时间轴参考:为知笔记支撑文件夹\Java设计模式(时间序列图).vsdx) ...
软件设计过程经验谈之如何做好领域模型设计
经常听到领导教诲,开发的同事应该要往前走一步,去做产品?去做售前?这也是一种方式,只不过是一大步.个人觉得,在迈出这一大步之前,需要先走出一小步:从写好代码到做好设计. 下图是按照软件工程的通用做法, ...
软件设计文档国家标准_GB8567--88
1引言... 2 1.1编写目的... 2 1.2背景... 2 1.3定义... 2 1.4参考资料... 2 2任务概述... 2 2.1目标... 2 2.2用户的特点... 3 2.3假定和约 ...
软件设计原则（一）开闭原则(Open-Closed Principle, OCP)
狭义理解:对扩展开发,对修改封闭在学习设计模式之前,应该先对软件设计原则有一定的了解,设计模式在一定程度上是迎合软件设计原则而产生的,脱离了软件设计原则,设计模式是没有意义的. 开-闭原则(Open ...
面试软件设计人员的方法，附面试题。我的面试注重实效
前段时间招聘.因为我一直在我的部门推行一些有效却被绝大多数中国公司忽视的开发理念,比如平级人事结构.测试驱动开发.制度化绩效.设计先行.迭×××发等等,所以招软件设计师非常困难.最终问题还算解决了吧. ...

关于光学软件设计衍射透镜的一点总结

关于光学软件设计衍射透镜的一点总结相关推荐

最新文章

热门文章