附件下載

聯系工作人員獲取附件

本文是系列文章的第一部分，介紹了OpticStudio中的物理光學傳播（POP）工具，該工具能夠在自由空間中模擬電場的傳播。文中還引入了Beam File Viewer功能，它可用于檢查每個表面上光束的相位和強度。

介紹

物理光學傳播 （POP） 工具是 OpticStudio 中唯一需要動手指導才能獲得正確結果的工具之一。原因在于它采用標量衍射理論在空間中模擬電場的傳播，從而對菲涅耳傳播過程非常敏感。這個過程必須在實現高光束分辨率與捕獲所有空間頻率的寬網格寬度之間取得平衡。因此，用戶每次都必須徹底檢查 POP 運行的設置和結果。

本系列將介紹使用 POP 設置和評估簡單系統的正確方法。在本文中，我們將討論示例系統并研究評估 POP 結果的方法。

物理光學傳播幫助文件

因此，在閱讀這一系列文章之前，請先閱讀OpticStudio提供的資料（幫助手冊）中有關物理光學傳播的內容。

如下圖所示，可以在Help菜單欄中找到"Help System"按鈕，直接搜索“POP”，或者從目錄中選擇“The Analyze Tab \ Laser and Fibers Group \ About Physical Optics Propagation”。

示例鏡頭文件

本文的范例結構如下圖所示：該系統由兩片非球面單透鏡構成。第一片透鏡準直光束，第二片透鏡聚焦光束。其中：兩片透鏡都使用了r4非球面系數來校正球差。

注意：在光束的準直部分有一個小的中央遮擋，系統的波長設置為 1 um。

假設系統光源為光纖提供的高斯光束。

設置系統Aperture Type為Object Space NA，Aperture Value為0.05。由以下公式可以計算出該光束的光束散角2.9°、光腰半徑為6.4 μm。

注意：系統設置的數值孔徑只對幾何光線追跡有效，物理光學傳播分析不使用系統設置的物方數值孔徑。但是對于本文的范例結構，追跡的光線在遠離光束束腰位置時可以很好地描述高斯光束。因此，只要不在焦點附近，我們都可以使用點列圖和其他光線追跡分析工具檢查POP的計算結果。

初始 POP 結果

在Analyze菜單欄中找到并點擊POP的按鈕（Physical Optics）。

要通過POP窗口左上角的向下箭頭來訪問POP設置。請注意，POP分析不會自動從System Explorer中獲取對象空間數值孔徑（NA）；您需要在POP中手動設置NA。System Explorer中的NA僅用于控制幾何光線跟蹤。

在“常規”（General）設置下，請確保您的設置與以下設置相匹配。

在“Beam Definition”部分，選擇“Beam Type”為“Gaussian Waist”，并設置束腰大小，使其對應于輸入光束的數值孔徑（NA）0.05，即約6.36um（或0.00636 mm，作為X/Y腰圍的數值）。此外，我們將采樣網格的密度設置為1024x1024（即在X和Y方向上的采樣點均為1024），并將X和Y方向的寬度均設為0.1mm。

在 Display 菜單內，勾選 Save Output Beam To： 和 Save Beam At All Surfaces。這些選項在包含電場信息的每個表面上創建一個 Zemax 光束 （.zbf） 文件。

運行POP后，圖像平面上會顯示光束的輻照度。觀察結果顯示，光束采樣良好，光束上分布著眾多像素，且輸出圖像中未出現鋸齒或其他異常偽影。然而，當我們切換到“Prop Report”選項卡時，發現存在潛在問題，即在Surface 2上出現了“引導光束采樣率低”的警告。由于POP計算的復雜性，我們必須始終仔細檢查每個表面的光束信息，以確保計算結果的準確性。

檢查光束文件

為了解決計算中出現的問題，我們需要查看每個表面保存的文件。打開光束查看器（Beam File Viewer）

在Beam File Viewer窗口的“設置”（Settings）部分，有一個下拉列表用于選擇.zbf文件。這些文件均以“00XX”結尾保存，用以標識它們所代表該文件對應的表面編號。若文件名中未包含表面編號，則該文件代表圖像表面，與POP窗口中展示的結果相一致。

數據可以以多種形式進行展示。我們主要將利用“Data：Irradiance”和“Phase”信息，并通過“Show As：False Color”的方式呈現。此外，我們還會運用橫截面視圖、對數圖表以及縮放功能來輔助展示。

我們將在下一篇中使用光束文件查看器檢查示例系統的光束輻照度分布，請大家持續關注。