ZEMAX | 體全息衍射相關的二三事

武漢宇熠 聯合 Ansys Zemax 

將在 2022年4月6日14點 舉辦一場網絡研討會

期待您的參與

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ZEMAX | 體全息衍射相關的二三事的圖1


ZEMAX | 體全息衍射相關的二三事的圖2



OpticStudio中 體全息衍射光柵功能

關注此話題的用戶可能知道 從 OpticStudio 21.2 版本(專業和旗艦永久或訂閱皆可)起, 體全息在序列和非序列中都有了對應的生面型或者物體。


01
我可以用任何自定義的形狀制作全息圖嗎?

答:目前,基板的形狀支持 Standard (conic sphere) 標準(圓錐、球面),Toroidal (cyinder) 環形(圓柱體),Extended Polynomial (freeform) 擴展多項式(自由曲面),如果需要更多形狀的基板,除了向zemax產品團隊發送功能請求外,獲得它的最快方法是將自己的DLL編為 OpticStudio 的插件。

以非序列為例,下圖展示了三種類似基板的設置形式:

ZEMAX | 體全息衍射相關的二三事的圖3

另一方面,您也可以使用任何用戶自定義孔徑 (user defined aperture) 。例如,用廣可以定義任意妥邊形孔徑,并將其用作全息表面的孔徑形狀,從而間按達成任意形狀的全息面的目的。

02
假設和限制

答:Kogelnik的耦合波理論與其他理論相比具有優勢,可以準確預測體積相位光柵的零階和一階效率的響應。然而,當厚度較低或折射率調變 (modulation) 較大時,這種準確性可能會降低。因此,有必要討論Kogelnik理論的適用范圍,供使用者參考。

  • 折射率調變: 與平均折射率相比,折射率調變不能太大。

    換句話說,n1/n << 1,這在大多數實際情況下是正確的。

    一個參考用的經驗法則是,對于反射全像,n1/n之比不應大于0.16,對于透射全像,n1/n之比不應大于0.06。

    [2]

  • 厚度: 假設全像是厚的。經驗上,我們是確保以下條件來保證耦合波理論仍然適用:

ZEMAX | 體全息衍射相關的二三事的圖4

  • 多階繞射: 這與厚度的限制相同。

    對于厚的全像,輸入光線的能量將只轉移到直接穿透的0階波或繞射的+1階波上。對于薄的全像,其他繞射階數的效率可能不為零,如-1 -2 +2 -3 +3 ...。這些額外階數不在耦合波理論的考慮中。

  • 多重光柵 (multiplex): 全像中只能同時存在一組光柵。Kogelnik的方法不允許多于一個光柵重疊在一個區域。

  • 雙折射材料: 全像的材料被認為是均向性的。不允許使用雙折射材料。

請注意,這些限制可以通過使用不同的算法來消除。如果您的全像需要破除這些條件,請聯系Zemax技術支援部門了解更多訊息。 

03
與其他類型的 Flat Optics 相比,全息圖的主要局限性是什么?

答:與表面浮雕光柵 (SRG) 相比,我猜全息圖更受材料選擇的限制。雖然SRG也僅限于一些常見的材料,但是,SRG 可以是多層的。您可以組合多種材料,并實現所需的一些特殊性能。

04
在設置全息圖構造光時如何定義波前發散或收斂

答:如果兩個構造點對應的構造光束都是會聚或發散,則應選擇序列模式下的”全息面 1”,或者如果使用其他全息類型的面或對象時,將參數 Holo Type 設置為 1。

如果其中一束構造光是發散,而另一束為會聚,則應選擇序列模式下的"全息面2”,或者如果使用其他全息類型的面或對象時,將參數 Holo Type 設置為 2。

一個常見的疑問是,當Holo Type =1時,為什么會聚或發散屬于同一面型,或者當 Holo Type =2時,為什么我們不需要確切地指定哪個是發散的,哪個是會緊的。原因是基于建構系統的互易性,如果互換兩束光的狀態(會聚或發散),實際上構建的全息圖跟互換前是一致的。

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05
這與計算全息圖的過程相同嗎?

答:盡管計算全息圖 (CGH) 名稱中有一個”全息圖",但它實際上不是由我們的模型假設的兩個光束干涉制造的。但是,對于位相型 CGH 來說,您可以簡單地采用位相表面來模擬 CGH,例如 Binary 2 或 Zernike 標準相位面。這兩種表面普遍地用于如 CCH 等應用的位相板設計。

06
衍射效率是否考慮了每束衍射光束的功率分布?

答:衍射效率核心僅考慮平面波作為輸入和輸出。如果您有個具有有限尺寸的光束,具有有限發散角,并且您想在這種情況下準確地模擬行射效率。此時建議建立一個光源模型,該模型具有角空間中對應的發散角和功率分布。利用該光源所計算出的衍射效率就考慮了原始的光束功率分布。

07
偏振入射光的全息圖模型會發生什么變化?

答:此模型精確考慮了偏振,也就是電場分量 (Exr, Exi, Eyr, Eyi, Ezr, Ezi)。衍射效率會隨著不同的偏振而變化。在衍射角為 90°時,TM偏振的效率為 0,如下圖。我們的全息模型可以準確地考慮這一點。

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