摘要

如今，衍射透鏡在現代光學的各種應用中得到廣泛的使用。微結構表面被用來取代笨重的光學元件，與傳統鏡頭相比，得益于尺寸和重量的減小。在快速物理光學軟件VirtualLab Fusion中，這些結構既可以以理想化的形式建模，具有預定義的階次和效率，也可以更現實地建模，包括對實際微觀結構表面的精確分析。本文介紹了VirtualLab Fusion的衍射透鏡組件、可用的選項和應用的建模方法。 

在哪里可以找到組件? 

       

衍射透鏡組件可以在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，其透射函數用多項式波前響應來描述。 

衍射透鏡引入的波前相位響應在通道運算符（Channel Operator）選項卡中定義。如果衍射透鏡是從Zemax OpticStudio?導入的，數據將自動填寫(模型與Zemax OpticStudio?的Binary 2曲面一致)。

（來自VirtualLab Fusion手冊）

理想衍射透鏡的參數設置

       

然后，用戶可以在衍射結構建模（Diffractive Structure Model）選項卡中選擇將衍射透鏡模型定義為理想化的或具有真實曲面的，主要區別在于如何計算階次的效率。在理想函數的情況下，所需的衍射級數和它們的效率必須手動定義。 

總結:理想衍射透鏡的計算方法

                                    

采用帶理想光柵函數的局部線性光柵近似法（LLGA）計算衍射透鏡的理想曲面。具體步驟如下:

1.曲面上的輸入場被看作是局部平面波(LPWs)的組成。

2.每個LPW看到的曲面部分被認為是一個線性光柵(局部)。

3. 用理想光柵函數建模了LPW與局部線性光柵的相互作用。

4. 理想光柵函數是由衍射階數、各階次衍射和衍射透鏡的波前相位響應決定的。它的工作不提供關于透鏡(理想衍射透鏡)的實際形狀的信息。

更多的信息：Local Linear Grating Approximation (LLGA) Idealized Grating Functions 

實衍射透鏡的參數設置 

對于衍射透鏡的真實結構，VirtualLab Fusion通過應用薄元近似(TEA)計算透鏡的高度。此外，通過使用薄元近似(TEA)和傅里葉模態法 (FMM)算法的組合自動評估階次的效率。此外，用戶可以指定衍射元件的特征，如設計波長和所需的分層。 

也可以通過使用Export Structure按鈕導出設計的高度剖面。

可用結構的高度計算(TEA)

                  

衍射曲面高度結構定義為： 

   

可選參數-分層水平     

總結：真實衍射透鏡計算方法 

用傅里葉模態法/嚴格耦合波分析(FMM/RCWA)或薄元近似(TEA)的局部線性光柵近似(LLGA)來計算真實的衍射透鏡表面。其步驟是：

1. 將曲面上的輸入場處理為局部平面波(LPWs)的合成。

2. 每個LPW所看到的表面部分被認為是線性光柵 (局部)。

3. 用FMM/RCWA或TEA模擬了LPW與局域線性光柵的相互作用。

4. 對于真實的衍射透鏡，VirtualLab Fusion會自動在FMM/RCWA和TEA之間進行選擇。如果本地光柵周期大于波長的5倍，則使用TEA。否則，將使用FMM/RCWA對實際結構進行建模。

更多的信息：Local Linear Grating Approximation (LLGA) FMM/RCWA 

文件信息

      

進一步閱讀

? Chromatic Aberration Correction by Ideal Diffractive Lens in a Hybrid Eyepiece Model

? Local Linear Grating Approximation (LLGA)

? Idealized Grating Functions

? FMM/RCWA