光學元件的案例
TIR Lens 之光學元件設計原則
綜觀以上，TIR Lens 之設計須考量澆口尺寸、分模線等限制，由注塑成型實驗得知，元件之成型優劣取決于熔膠進入澆口之速度與方向。高質量TIR 元件須留意殘留應力影響的效應，利用 Moldex3D分析工具，可協助產品設計與成型參數最適化之驗證。而在噴痕與包封之研究中，實際上還須留意三維充填效應，以減少二次包封及降低翹曲。
圖 1：Moldex3D 分析結果之溫度分布剖面
圖 2：產品因噴泉效應導致噴流痕及氣泡
塑膠光學注塑成型技術與應用發展
精密光學元件制程中最重要的就是要應用到精密元件的注塑成型制作技術，目前對光學元件注塑成型技術的研發，著重精密微注塑成型設備與微光學模具的開發制造。其中尤以微光學模具的開發制造最為關鍵與缺乏。綜合來說，光學精密元件在精密制程方面待開發的關鍵議題，在于微注塑成型機的光學模仁之設計與開發；不僅比傳統注塑成型模具復雜，精度要求也較高，目前較缺乏深入而有系統的研究。唯有在實驗和理論兩方面共同努力，以求更深入的探討，進而建立應用的通則，支援未來光電產業界對相關元件制作技術的掌握，俾可加速臺灣光電產業之技術提升。
注塑成型光學鏡片近來已大量應用于各種電子產品，然而厚度變化大與低殘留應力之要求，提高了鏡片制造的困難度。光學元件在 3C 產品中應用廣泛，無論是成像或非成像，光學元件在手機的相機、平面顯示器的背光模組及 LED 照明等產業需求非常明確，因此光學元件之注塑成型模具設計與分析有其必要性，而且是相關產業發展之關鍵技術。在此產業里不乏老字號的光學廠商。由于近年數位影像產品的市場崛起，光學元件產業與市場方有嶄新的風貌，尤其是數位相機與影像手機的市場快速發展，讓光學元件與鏡頭產業欣欣向榮，呈現有史以來的榮景。
展開 采用流體成形法制造自由曲面光學元件
自由曲面光學元件可以實現傳統光學元件無法實現的功能。然而，它們的加工與拋光需要復雜專業的加工設備，制造自由曲面光學元件的過程困難且價格昂貴。
以色列理工學院（Israel Institute of Technology）的研究人員開發了一種通過塑造大量可固化液體聚合物來制造自由形狀光學元件的方法，從而實現具有高表面質量的自由形狀部件的快速成型。
該方法是基于控制可固化光學液體和浸沒液體之間界面的最小能量狀態，通過指定一個幾何邊界約束，并提供了一個給定邊界的解析解，來制造亞納米表面粗糙度的自由曲面組件。
這項工作會使定制光學元件的樣品制作速度更快，適用于各種應用，包括矯正鏡片、增強現實和虛擬現實、自動駕駛汽車、醫療成像和天文學。
研究團隊負責人Moran Bercovici表示，該方法可以實現非常光滑的表面，并且不需要使用復雜的制造設備，制造過程也相對容易，我們可以在幾分鐘內制造出亞納米表面粗糙度的自由形狀部件。而且，與3D打印等其他原型制作方法不同的是，即使制造組件的體積增加，制造時間仍然很短。
具有亞納米表面粗糙度的自由曲面光學元件可以在幾分鐘內通過液體體積成型
研究人員Omer Luria說，目前，光學工程師要為特殊設計的自由形狀元件支付數萬美元，還要等上幾個月才能拿到，我們的技術將從根本上減少復雜光學原型的等待時間和成本，這將大大促進新型光學設計的發展。
研究團隊開始進行這項研究的初衷是開發一種方法來制造矯正眼鏡的鏡片。研究人員Valeri Frumkin說：“我們開始尋找一種簡單的方法來制造高質量的光學組件，不依賴機械加工或復雜昂貴的制造設備。后來，我們發現，可以擴展我們的方法來產生更復雜和有趣的光學表面形狀。”
展開 Ansys Zemax｜OpticStudio 如何讓光學元件繞空間任意一點傾斜
在表面12后面再插入坐標間斷面(表面13)，將透鏡2后的光學元件返回到初始結構位置。
任何光學元件都可以使用相同的方法，在任意坐標系統偏心和傾斜光學元件。
最后一個注意事項：當設置軸外點中心點時，我們可以隱藏一些坐標間斷面。當我不經常更改中心點位置時，這樣可以簡化鏡頭數據編輯器。下圖顯示了簡化之后的鏡頭數據編輯器。點擊需要隱藏的表面，右擊選擇“隱藏面”，即可隱藏該表面。
總結
坐標間斷可以以任何一點為中心傾斜和偏心光學表面或者光學元件組，而保持其他光學元件位置不變。
通常，為了使鏡頭元件傾斜或者偏心，首先將坐標間斷移動到我們期望的中心點，進行傾斜或者偏心，并從中心點返回。在鏡頭元件后，以同樣的操作撤銷元件后面光學元件的偏心或傾斜。
該方法適用于任何傾斜或者偏心的組合。
使用全局坐標來檢查坐標中斷是否設置準確。
為了簡化鏡頭數據編輯器，隱藏不經常使用的行。
展開 OpticStudio 如何讓光學元件繞空間任意一點傾斜
坐標間斷可以以空間任何一點為中心傾斜和偏心光學表面或者光學元件組，而保持其他光學元件位置不變。
本文我們將介紹：
·
不影響其它
光學元件位置的前提下，如何以光學元件前端點、中心以及空間任意一點為中心傾斜/偏心光學元件
·
如
何利用全局坐標檢查傾斜后整個光學系統
范例文件初始結構
范例文件的光學系統由3片凸平透鏡構成,其中 3D Layout 以及鏡頭數據編輯器 ( LDE )圖如下所示
注意圖中 A、B、PP 點為軸上固定點，其位置分別與未經傾斜或者偏心時透鏡2前、后表面中心位置以及透鏡2中心位置相同。
從 LDE 中可以看出物體位于無窮遠，光闌位于透鏡1前表面，第六行和第七行為透鏡2的前后兩個表面。為了方便觀察，我們用半徑為無窮大的平面將透鏡分隔開(表面5、9和12)。
展開 
GLAD中二元光學元件建模
近年來人們開始研究二元光學元件(BOE)在光束整形方面的作用。二元光學元件是在計算機制全息圖和相息圖研究發展的基礎上，利用計算機設計和微電子加工技術研制成的一種高效率的新型光學元件。由于它能靈活控制波前，因此在光束整形方面有著廣泛的應用前景。
二元光學的優點——高衍射效率；獨特的色散性能；更多的設計自由度；寬廣的材料選擇；獨特的光學功能。
圖1表面進行劃分從而形成一個二元光學元件
二元光學器件分為主階次和帶有幾個次階次的連續界面。在二元光學中，每個主階次上的次階次數目通常設置為2、4、8等。GLAD中產生二元光學元件命令如下所示：
binary/lens/surface kbeam xrad yrad level nlevels
int2phase/two kbeam1 kbeam2 [2.*pi*(rindex-1)/lambda]
binary/lens/phasescreen ibeams rindex xrad yrad level nlevels
binary/lens/residual ibeams rindex xrad yrad level nlevels
binary/surface kbeam level nlevels
這些命令執行的是產生二元光學的光柵和透鏡，其二元光學表面可以由binary/surface 命令產生，并直接或者間接依靠 int2phase、int2waves、sfocus起著相位屏的作用。二元光學表面可以圖示為plot的強度項。
binary/surface 命令能夠將任意分布的光場轉化為二元光學器件的面形。
展開 GLAD中二元光學元件建模
近年來人們開始研究二元光學元件(BOE)在光束整形方面的作用。二元光學元件是在計算機制全息圖和相息圖研究發展的基礎上，利用計算機設計和微電子加工技術研制成的一種高效率的新型光學元件。由于它能靈活控制波前，因此在光束整形方面有著廣泛的應用前景。
二元光學的優點——高衍射效率；獨特的色散性能；更多的設計自由度；寬廣的材料選擇；獨特的光學功能。
圖1表面進行劃分從而形成一個二元光學元件
二元光學器件分為主階次和帶有幾個次階次的連續界面。在二元光學中，每個主階次上的次階次數目通常設置為2、4、8等。GLAD中產生二元光學元件命令如下所示：
binary/lens/surface kbeam xrad yrad level nlevels
int2phase/two kbeam1 kbeam2 [2.*pi*(rindex-1)/lambda]
binary/lens/phasescreen ibeams rindex xrad yrad level nlevels
binary/lens/residual ibeams rindex xrad yrad level nlevels
binary/surface kbeam level nlevels
這些命令執行的是產生二元光學的光柵和透鏡，其二元光學表面可以由binary/surface 命令產生，并直接或者間接依靠 int2phase、int2waves、sfocus起著相位屏的作用。二元光學表面可以圖示為plot的強度項。
binary/surface 命令能夠將任意分布的光場轉化為二元光學器件的面形。
二元光柵表面計算：
這里舉一個二元光柵的例子，它是由二元表面組成，然后對其執行“sfocus”命令。
展開 衍射光學元件光束整形、分束和擴散
衍射光學元件光整形
光學軟件VirtualLab可以用來設計和模擬用于激光光束整形的衍射光學元件。衍射光學工具箱使用強大的迭代傅里葉變換算法（IFTA）和參數優化可以用來優化：
? 衍射光學元件
? 衍射光束分束器
? 衍射擴散器
? 衍射和折射光束整形器
? 計算全息（CGH）
? 相位板
? 全息圖
被紅色和綠色激光照射的衍射線擴散器和環擴散器
衍射光學元件可以用包括聚焦透鏡，準直透鏡，光束擴展器和傅立葉透鏡來建模。光學模擬包括：
? 衍射
? 干涉
? 偏振
? 時間和空間相干度
? 強度
? 相位
? 像差
衍射光學元件可以用于各種光學系統來操縱激光，經典的應用包括：
? 材料處理
? 信息顯示
? 測量系統
? 自由空間通訊
? 汽車行業
? 軍事
? 光譜學
衍射光分束器產生的光斑 (由POG, Gera加工)
功能
衍射光學元件在您的激光系統中將會有以下功能：
? 控制衍射和干涉效應
? 客戶自定義激光光束分束后的每束光的功率
? 設計已確定特性的散射板
? 激光光束強度整形
? 使激光系統緊湊
? 產生任意的2D強度分布
? 使用IFTA快速優化成百上千個參數
一個衍射光分束器元件的一個周期的二元高度輪廓
衍射光分束器
衍射光束分束器可以將一束激光分成自定義數目的光束，每束光可以有自定義的功率和角度。光分束器一般和準直透鏡，聚焦透鏡，擴束器以及傅里葉透鏡一起使用。目標平面光束的尺寸一般由透鏡系統控制，而光束的位置和功率由衍射光束分束器控制。
展開 利用ZPL計算衍射光學元件（DOE）的表面輪廓
利用ZPL計算衍射光學元件（DOE）的表面輪廓
利用 ZPL 計算衍射光學元件（DOE）的表面輪廓
介紹
本文ZPL宏可用于計算旋轉對稱 Kinoform 透鏡表面（OpticStudio 中為 Binary2 面型）的相位（phase）以及矢高（Sag）。使用者需在運行宏前輸入半徑（Radius）每隔多長時間重復計算一次，之后宏會計算出每個半徑值對應的矢高并給出相應的衍射區域編號（Zone number）、步長（Step Size）、每個區域所在的位置半徑（Zone Radius）、每個區域內/外半徑矢高（Sag with inner/outer radius）。除此以外，該宏還會計算出每個區域的輪廓頻率（Profile Frequency，單位為waves/mm）作為生產難易的評估參數。
表面矢高的一般形式如下：
其中 C=1/R，R為半徑；K為圓錐系數；ρ 為徑向坐標；A2,4,6,8…為非球面系數。λ 為波長；N為透鏡折射率；C2,4,6,8…為相位系數。
步長（Step Height）計算公式如下：
衍射光學元件（DOE）表面輪廓如下，單位為弧度:
其中 R 為歸一化半徑。
典型的衍射光學元件輪廓如下：
輸入
輸入表面編號以及迭代半徑間隔就可以計算出表面矢高。如下圖所示：
輸出
宏會輸出區域編號（Zone number）、步長（Step Size）、每個區域所在的位置半徑（Zone Radius）、每個區域內/外半徑矢高（Sag with inner/outer radius）以及輪廓頻率（Profile Frequency）。
展開 自由曲面光學元件的OAM測量
遵循M.P.J.Lavery等人的概念，我們演示了如何在VirtualLab Fusion中使用兩個自定義的自由曲面光學元件來測量OAM。
用自由曲面光學元件測量軌道角動量
我們建立了一個由兩個自由曲面光學元件組成的光學裝置，將軌道角動量轉換為線性角動量，已進行測量。
編程一個變形表面
利用VirtualLab Fusion中的可編程界面，對變形表面進行了編程，給出了表面梯度的解析表達式。
For more information send a message to: support@infotek.com.cn / support@infocrops.comInternet: http://www.infotek.com.cn / http://www.honglun-seminary.com
展開 [NEWSLETTER] 自由曲面光學元件的OAM測量
遵循M.P.J.Lavery等人的概念，我們演示了如何在VirtualLab Fusion中使用兩個自定義的自由曲面光學元件來測量OAM。
用自由曲面光學元件測量軌道角動量
我們建立了一個由兩個自由曲面光學元件組成的光學裝置，將軌道角動量轉換為線性角動量，已進行測量。
編程一個變形表面
利用VirtualLab Fusion中的可編程界面，對變形表面進行了編程，給出了表面梯度的解析表達式。
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展開 GLAD中二元光學元件建模
二元光學的優點——高衍射效率；獨特的色散性能；更多的設計自由度；寬廣的材料選擇；獨特的光學功能。
通常激光光強分布呈高斯型，而在許多實際應用中，需要將光強分布加以轉換，即光束整形，如呈平頂狀和環狀等。以往人們多用計算全息法實現環形分布，但衍射效率低，難于推廣。近年來人們開始研究二元光學元件(BOE)在光束整形方面的作用。二元光學元件是在計算機制全息圖和相息圖研究發展的基礎上，利用計算機設計和微電子加工技術研制成的一種高效率的新型光學元件。由于它能靈活控制波前，因此在光束整形方面有著廣泛的應用前景。
前言
binary/surface 命令能夠將任意分布的光場轉化為二元光學器件的面形。
這些命令執行的是產生二元光學的光柵和透鏡，其二元光學表面可以由binary/surface 命令產生，并直接或者間接依靠 int2phase、int2waves、sfocus起著相位屏的作用。二元光學表面可以圖示為plot的強度項。
binary/surface kbeam level nlevels
binary/lens/residual ibeams rindex xrad yrad level nlevels
binary/lens/phasescreen ibeams rindex xrad yrad level nlevels
int2phase/two kbeam1 kbeam2 [2.
展開 
高麗大學研究團隊實現全球最高效率的AR·VR顯示用衍射光學元件
CINNO Research產業資訊，高麗大學研究團隊成功實現了具有全球最高效率、用于增強現實（AR）·虛擬現實（VR）顯示用的衍射光學元件。
根據韓媒Newsis報道，該研究成果于8月13日在國際權威學術期刊《Advanced Materials（先進材料）》上發表，影響因子為27.4。
來自高麗大學融合能源工程系的李承宇教授和化學與生物醫學工程系的方俊河教授領導的研究團隊，通過采用AR/VR顯示器中的傅里葉光學表面（Optical Fourier Surface, OFS）技術，實現了光的高衍射效率。
增強現實和虛擬現實（AR/VR）顯示具有廣泛的應用前景，不僅限于建筑、教育、游戲和國防領域，還深入滲透到我們的日常生活中。
傅里葉光學表面在可見光譜范圍內具有理論上的最大衍射效率，它是一種理想的正弦衍射光學元件，能夠最大限度地減少光損耗。然而，由于其在可見光波段的高吸收特性和低光學效率，傳統上難以直接應用于光學器件。高麗大學研究團隊率先突破了這些限制，率先開發出在整個可見光范圍內實現了理論上的最大衍射效率、實現光學特性改善的光學器件。（來源：高麗大學）
研究團隊所使用的傅里葉光學表面是該技術的核心。這種元件具有完美的正弦表面，能夠有效減少光學損耗。團隊還開發了一種創新技術，能夠在高折射率且對可見光透明的材料中快速形成OFS，從而在全球范圍內首次解決了現有OFS器件高光吸收和低衍射效率的難題。
采用研究團隊所開發的此項技術，OFS設備在運行時能夠將光損耗降至最低，并在整個可見光范圍內以最高的衍射效率運行。此外，通過引入可打印光學系統和納米壓印技術來制造傅里葉光學表面，研究團隊還實現了傳統方法難以企及的高工程良率。
為實現創新型光學元件應用，大量生產的傅里葉光學表面。
展開 Ansys Zemax | 如何使用 Binary2 面型設計衍射光學元件
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概述
這篇文章介紹了如何在 OpticStudio 中建立衍射光學表面以及如何使用 Binary2（二元面2）模擬衍射光學元件。本文使用的示例文件請聯系工作人員下載。
Binary2 面型
Zemax LLC 感謝 Optics1 公司的 Robert E.Fischer 先生授權使用其著作《Optical System Design》中的圖表。
在 OpticStudio 中，許多表面除了可以定義折射光焦度以外，還可以定義衍射光焦度。衍射光焦度與材料折射率和表面矢高無關，但可以改變光的相位。有關建立衍射光學表面的詳細信息，見文章“OpticStudio 建模衍射光學表面”。
Binary2 中的衍射光焦度會在光學表面的截面上引入連續的相位變化：
其中系數 Ai 的單位為弧度。
由于相位變化在表面的截面上是連續的，因此 Binary2 面型模擬的是一個理想的二元衍射元件，其二元面的臺階尺寸趨近于無窮小或小于光的波長。
通常來講，Binary2 面型模擬衍射光學元件的環形衍射區 ( Diffraction Zones) 的尺寸與該區域到表面頂點的徑向距離有關，如下圖所示。OpticStudio 可以自動計算每個環形衍射區的徑向坐標使相鄰區域的相位差為 2π。
Binary2 面型在固定徑向坐標處所引入的附加相位與波長無關。與波長相關的光程由下式給出：
下圖布局圖所示為 Binary2 的色差：
Binary2 消色差單透鏡
Binary2 面型經常用來矯正色差。在一個簡單的單透鏡中，長波長光的焦距相比短波長的光更長，如下圖（a）。
展開 Ansys Zemax | 如何傾斜和偏心序列光學元件
傾斜/偏心元件工具
但是，難道沒有更簡單的方法來做到這一切嗎？有！傾斜/偏心元件工具。
這是傾斜/偏心光學元件的簡單方法。重新打開 start point.zmx，然后單擊“鏡頭數據編輯器”菜單中的 Tilt/Decenter Elements 圖標，然后輸入所需的任何傾斜/偏轉數據，例如：
Ansys Zemax | 如何傾斜和偏心序列光學元件
傾斜/偏心元件工具
但是，難道沒有更簡單的方法來做到這一切嗎？有！傾斜/偏心元件工具。
這是傾斜/偏心光學元件的簡單方法。重新打開 start point.zmx，然后單擊“鏡頭數據編輯器”菜單中的 Tilt/Decenter Elements 圖標，然后輸入所需的任何傾斜/偏轉數據，例如：
