概述

本文簡(jiǎn)單介紹了OpticStudio中衍射表面的建模以及二元光學(xué)Kinoform和二元光學(xué)（Binary optics）的區(qū)別。

OticStudio中的衍射建模

Zemax.LLC感謝Mr.Robert E. Fisher先生授權(quán)使用其著作《Optical System Design》一書(shū)中的分析圖表。

OpticStudio中有許多表面支持在折射光焦度的基礎(chǔ)上添加額外的衍射附加相位。衍射附加相位與表面的矢高以及基底材料的折射率無(wú)關(guān)，并只對(duì)相位產(chǎn)生影響。在OpticStudio中具有衍射效應(yīng)的所有面型都是基于以下公式進(jìn)行計(jì)算的：

其中m為衍射級(jí)次，λ為波長(zhǎng)，T為衍射柵格周期（柵格距離d的倒數(shù)）。上述公式為斯涅耳公式和衍射附加相位引起的光線偏折量的疊加。一個(gè)平面光波斜入射到一個(gè)沒(méi)有折射光焦度的平面衍射元件時(shí)的情況如下圖右所示：

一般情況下，衍射光柵在一個(gè)方向上具有固定的光柵周期，常用于光譜儀中。而計(jì)算機(jī)生成的衍射表面所產(chǎn)生的相位變化可以是任意的，這可以理解為表面上任意空間位置的柵格周期各不相同，因此衍射附加相位可以根據(jù)用戶(hù)需要自行定義。例如我們可以使用多種面型定義不同衍射元件：

使用可變刻線距離光柵（Variable Line-Spacing Grating）表面模擬啁啾光柵。

使用二元面1（Binary 1）在直角坐標(biāo)系下用多項(xiàng)式定義光柵。

使用二元面2（Binary 2）在極坐標(biāo)系下用多項(xiàng)式定義光柵。

使用一系列多項(xiàng)式面型定義幾乎任意形式的多項(xiàng)式來(lái)描述光柵間距的變化

使用網(wǎng)格相位面（Grid Phase Surface）在表面上任意（x,y）坐標(biāo)位置處定義任意相位。

如果OpticStudio中沒(méi)有理想的面型，用戶(hù)可以編寫(xiě)用戶(hù)自定義面型來(lái)描述附加相位。

在以上這些面型中，光線根據(jù)定義的衍射附加相位，而產(chǎn)生額外的偏折。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，OpticStudio首先計(jì)算所需要添加的附加相位分布，然后生成該附加相位分布所需要的光柵結(jié)構(gòu)。在鏡頭設(shè)計(jì)編輯器中，每個(gè)衍射表面的衍射級(jí)次必須明確定義。不同衍射級(jí)次可以通過(guò)多重結(jié)構(gòu)來(lái)建模。使用多重結(jié)構(gòu)操作數(shù)PRAM即可完成不同衍射級(jí)次表面的定義。布局圖結(jié)構(gòu)如下圖所示：