摘要
如今，衍射透鏡在現代光學的各種應用中得(de)到廣泛的使用。微結構表面被用來(lái)取代笨重的光學元件，與傳統鏡頭相比，得(de)益于尺寸和(hé)重量的減小(xiǎo)。在快速物理(lǐ)光學軟件VirtualLab Fusion中，這些(xiē)結構既可(kě)以以理(lǐ)想化的形式建模，具有(yǒu)預定義的階次和(hé)效率，也可(kě)以更現實地建模，包括對實際微觀結構表面的精确分析。本文介紹了VirtualLab Fusion的衍射透鏡組件、可(kě)用的選項和(hé)應用的建模方法。
在哪裏可(kě)以找到組件?
衍射透鏡組件可(kě)以在Components > Single Surface & Stack下找到。
波前相位響應
衍射透鏡組件由單一曲面組成，其透射函數(shù)用多(duō)項式波前響應來(lái)描述。
衍射透鏡引入的波前相位響應在通(tōng)道(dào)運算(suàn)符（Channel Operator）選項卡中定義。如果衍射透鏡是從Zemax OpticStudio®導入的，數(shù)據将自動填寫(模型與Zemax OpticStudio®的Binary 2曲面一緻)。
（來(lái)自VirtualLab Fusion手冊）
理(lǐ)想衍射透鏡的參數(shù)設置
然後，用戶可(kě)以在衍射結構建模（Diffractive Structure Model）選項卡中選擇将衍射透鏡模型定義為(wèi)理(lǐ)想化的或具有(yǒu)真實曲面的，主要區(qū)别在于如何計(jì)算(suàn)階次的效率。在理(lǐ)想函數(shù)的情況下，所需的衍射級數(shù)和(hé)它們的效率必須手動定義。
總結:理(lǐ)想衍射透鏡的計(jì)算(suàn)方法
采用帶理(lǐ)想光栅函數(shù)的局部線性光栅近似法（LLGA）計(jì)算(suàn)衍射透鏡的理(lǐ)想曲面。具體(tǐ)步驟如下:
1. 曲面上(shàng)的輸入場(chǎng)被看作(zuò)是局部平面波(LPWs)的組成。
2. 每個(gè)LPW看到的曲面部分被認為(wèi)是一個(gè)線性光栅(局部)。
3. 用理(lǐ)想光栅函數(shù)建模了LPW與局部線性光栅的相互作(zuò)用。
4. 理(lǐ)想光栅函數(shù)是由衍射階數(shù)、各階次衍射和(hé)衍射透鏡的波前相位響應決定的。它的工作(zuò)不提供關于透鏡(理(lǐ)想衍射透鏡)的實際形狀的信息。
更多(duō)的信息：Local Linear Grating Approximation (LLGA) Idealized Grating Functions
實衍射透鏡的參數(shù)設置
對于衍射透鏡的真實結構，VirtualLab Fusion通(tōng)過應用薄元近似(TEA)計(jì)算(suàn)透鏡的高(gāo)度。此外，通(tōng)過使用薄元近似(TEA)和(hé)傅裏葉模态法 (FMM)算(suàn)法的組合自動評估階次的效率。此外，用戶可(kě)以指定衍射元件的特征，如設計(jì)波長和(hé)所需的分層。
也可(kě)以通(tōng)過使用Export Structure按鈕導出設計(jì)的高(gāo)度剖面。
可(kě)用結構的高(gāo)度計(jì)算(suàn)(TEA)
衍射曲面高(gāo)度結構定義為(wèi)：
可(kě)選參數(shù)-分層水(shuǐ)平
總結：真實衍射透鏡計(jì)算(suàn)方法
用傅裏葉模态法/嚴格耦合波分析(FMM/RCWA)或薄元近似(TEA)的局部線性光栅近似(LLGA)來(lái)計(jì)算(suàn)真實的衍射透鏡表面。其步驟是：
1. 将曲面上(shàng)的輸入場(chǎng)處理(lǐ)為(wèi)局部平面波(LPWs)的合成。
2. 每個(gè)LPW所看到的表面部分被認為(wèi)是線性光栅 (局部)。
3. 用FMM/RCWA或TEA模拟了LPW與局域線性光栅的相互作(zuò)用。
4. 對于真實的衍射透鏡，VirtualLab Fusion會(huì)自動在FMM/RCWA和(hé)TEA之間(jiān)進行(xíng)選擇。如果本地光栅周期大(dà)于波長的5倍，則使用TEA。否則，将使用FMM/RCWA對實際結構進行(xíng)建模。
更多(duō)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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