案例505（1.0）

 

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1. 概述

? 文件Scenario_505_Design_&_Analysis_of_Diffractive_Lnes_Original_Lnes.lpd 包含了一個經典的焦距為100mm的平凸折射透鏡；

? 折射透鏡的圓錐界面（凸面）可以轉換成二元界面以保證焦距不變；

? 通過在圓錐光學界面的編輯窗口下的”Height Discontinuities”標簽下進行設置以完成界面轉換，如何設置將會再下文中提到。

 

2. 仿真過程

? 此案例介紹了如何將一個折射透鏡轉換成具有同樣焦距的二元衍射透鏡；

? 此外，還介紹了在VirtualLab如何使用雙界面元件（DIC）以更好的來模擬像素化光學界面元件。

? 光路圖：

 

3. 將圓錐光學界面轉換成一個二元衍射界面
 

1) 菲涅爾區域設置

? 在VirtualLab Fusion中是使用薄元近似（TEA）來模擬菲涅爾衍射透鏡的；

? 在TEA中，菲涅爾高度hf必須對應2?的相位差，即hf=?/(nsubstrate-nembedding)，其中?為入射光的波長，nsubstrate是入射透鏡的折射率，nembedding是透鏡所處環境的折射率，一般默認為1（Air）。

 

2) 高度級次離散設置

? 離散高度級次數設置為2；

? 分層模式設置為Min-Max-Riser，以保證兩個高度級次之間的相位差為?而不是2π。

 

3) 像素設置

? 像素尺寸取決于加工制造。此處設置為9um。

 

4. 傳輸算法采樣設置

 

? 為了準確的模擬像素化的光學界面，通過二元界面的傳輸采樣間距必須是其界面像素尺寸的1/3，即為3um；

 

5. 結果
 

1) 最終的光路圖保“Scenario_505_Design_&_Analysis_of_Diffractive_Lens__Resulting_Diffractive_Lens.lpd”中。

? 衍射透鏡后的相位分布，相位差為π。

 

2) 點擴散函數（PSF）
 

對于平面波入射，焦平面上的光分布即是PSF。當增加光視圖的亮度后，可以看到由于離散高度級次和像素導致的雜散光和高階sinc級次。

 

 

3) 調制傳遞函數（MTF）

使用調制傳遞函數探測器可以進行MTF的計算。

 

 

6. 結論

? 本例演示了如何將一個折射透鏡轉換成一個焦距相同的二元衍射透鏡；

? 計算了衍射透鏡的PSF和MTF；

? 由于離散高度級次產生的雜散光和高階sinc級次。