TEM模的案例
趣談基本傳輸線結(jié)構(gòu)演變
撇開(kāi)抽象的電磁波傳播模式不談，你只須知道，只有插芯波導(dǎo)可以傳輸TEM模，自然同軸線里面?zhèn)鬏數(shù)囊彩?em>TEM模，它的子孫因?yàn)檠y(tǒng)不純正，只能傳輸非正統(tǒng)的TEM模，也就是“準(zhǔn)TEM”了，下面來(lái)看看正統(tǒng)的TEM是什么樣的：
紅色為電場(chǎng)E，藍(lán)色為磁場(chǎng)H。
上面是從場(chǎng)的角度來(lái)認(rèn)識(shí)同軸線，那么同軸線的特征阻抗又有啥變化規(guī)律呢？
真正的傳輸線特征阻抗計(jì)算公式是比較復(fù)雜的，對(duì)于做項(xiàng)目的人來(lái)說(shuō)，沒(méi)必要去掌握那些復(fù)雜的數(shù)學(xué)公式，簡(jiǎn)化的公式同樣可以達(dá)到目的，如下圖所示的簡(jiǎn)化公式，簡(jiǎn)單認(rèn)為阻抗只跟電容有關(guān)系，而電容直接借用平行板電容的公式。
為什么只考慮電容呢？因?yàn)樵诟咚傩盘?hào)領(lǐng)域，電感的理解比電容更難，存在多種電感的概念，比如：自感、互感、局部電感、回路電感，尤其是回路電感，這就涉及到信號(hào)路徑和信號(hào)的返回路徑概念，比較抽象，因此可以摒棄電感，只考慮電容對(duì)阻抗的影響。
電容的理解就很簡(jiǎn)單了，它是兩個(gè)物體之間的固有屬性，跟物體的尺寸和材料屬性密切相關(guān)，根據(jù)公式可以知道，高介電常數(shù)的材料電容大，相對(duì)面積大，電容也大，間距大，電容就小。對(duì)于同軸，它的電容就是內(nèi)導(dǎo)體和外導(dǎo)體之間的互容C11。
同軸內(nèi)導(dǎo)體半徑r1對(duì)電容和阻抗的影響
從上面的闡述可以知道，如果同軸的內(nèi)導(dǎo)體半徑r1在增大，它與外導(dǎo)體的相對(duì)面積就會(huì)增大，同時(shí)跟外導(dǎo)體的間距也會(huì)減小，這都將導(dǎo)致電容C11增大，自然同軸的特征阻抗就會(huì)變小，你可以用Q2D很輕松的完成這個(gè)驗(yàn)證，參考下面兩圖。
展開(kāi) FRED案例展示：激光二極管的模擬
M2的更大值表明在光束中高階模的混合。為了確定在FRED中創(chuàng)建的M2光束的模式組成，在樹(shù)上右鍵點(diǎn)擊源“detail report”，然后選擇Detailed Analysis。
圖 5.左：簡(jiǎn)易的M平方激光光束規(guī)格。右：指定的M2激光光源中的模式分布。
例5.混合模，高階模
當(dāng)一個(gè)激光不具備足夠的空間濾波時(shí)（限制孔徑大于最低階模式半徑），多模光束就會(huì)產(chǎn)生。因此，多重模式在激光諧振腔中產(chǎn)生。為了模擬一個(gè)具有特定模式分布的激光，多個(gè)光源可以分配給每個(gè)TEM模式。這需要Detailed Optical Source類型來(lái)創(chuàng)建這一模式，首先通過(guò)選擇光源位置的一個(gè)六邊形或網(wǎng)格平面來(lái)建立，然后設(shè)置高斯切趾。切趾允許的規(guī)格有：x和y的半寬、橫向偏移、模式數(shù)目（m, n）和模式類型（Hermite, Laguerre, Laguerre Cosine, Laguerre Sine）。幾個(gè)TEM模式的輻照度分布如圖6所示。混合模的例子如圖7所示。
圖 6.在FRED中模擬的不同高斯TEM模的輻照度分布
圖 7.由TEM0,0, TEM2,1和 TEM2,3模組成的混合模的輻照度分布，功率分配為[1:0.5:0.25]。TEM2,1和TEM2,3模也有輕微的軸向偏移。
展開(kāi) FRED應(yīng)用：激光二極管的模擬
M2的更大值表明在光束中高階模的混合。為了確定在FRED中創(chuàng)建的M2光束的模式組成，在樹(shù)上右鍵點(diǎn)擊源“detail report”，然后選擇Detailed Analysis。
圖 5.左：簡(jiǎn)易的M平方激光光束規(guī)格。右：指定的M2激光光源中的模式分布。
例5.混合模，高階模
當(dāng)一個(gè)激光不具備足夠的空間濾波時(shí)（限制孔徑大于最低階模式半徑），多模光束就會(huì)產(chǎn)生。因此，多重模式在激光諧振腔中產(chǎn)生。為了模擬一個(gè)具有特定模式分布的激光，多個(gè)光源可以分配給每個(gè)TEM模式。這需要Detailed Optical Source類型來(lái)創(chuàng)建這一模式，首先通過(guò)選擇光源位置的一個(gè)六邊形或網(wǎng)格平面來(lái)建立，然后設(shè)置高斯切趾。切趾允許的規(guī)格有：x和y的半寬、橫向偏移、模式數(shù)目（m, n）和模式類型（Hermite, Laguerre, Laguerre Cosine, Laguerre Sine）。幾個(gè)TEM模式的輻照度分布如圖6所示。混合模的例子如圖7所示。
圖 6.在FRED中模擬的不同高斯TEM模的輻照度分布
圖 7.由TEM0,0, TEM2,1和 TEM2,3模組成的混合模的輻照度分布，功率分配為[1:0.5:0.25]。TEM2,1和TEM2,3模也有輕微的軸向偏移。
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M2最小的可能值是1，這會(huì)指定一個(gè)高斯TEM00光束。M2的更大值表明在光束中高階模的混合。為了確定在FRED中創(chuàng)建的M2光束的模式組成，在樹(shù)上右鍵點(diǎn)擊源“detail report”，然后選擇Detailed Analysis。
圖5.左：簡(jiǎn)易的M平方激光光束規(guī)格。右：指定的M2激光光源中的模式分布。
混合模，高階模
當(dāng)一個(gè)激光不具備足夠的空間濾波時(shí)（限制孔徑大于最低階模式半徑），多模光束就會(huì)產(chǎn)生。因此，多重模式在激光諧振腔中產(chǎn)生。為了模擬一個(gè)具有特定模式分布的激光，多個(gè)光源可以分配給每個(gè)TEM模式。這需要Detailed Optical Source類型來(lái)創(chuàng)建這一模式，首先通過(guò)選擇光源位置的一個(gè)六邊形或網(wǎng)格平面來(lái)建立，然后設(shè)置高斯切趾。切趾允許的規(guī)格有：x和y的半寬、橫向偏移、模式數(shù)目（m, n）和模式類型（Hermite, Laguerre, Laguerre Cosine, Laguerre Sine）。幾個(gè)TEM模式的輻照度分布如圖6所示。混合模的例子如圖7所示。
圖6.在FRED中模擬的不同高斯TEM模的輻照度分布
圖7.由TEM0,0, TEM2,1和 TEM2,3模組成的混合模的輻照度分布，功率分配為[1:0.5:0.25]。TEM2,1和TEM2,3模也有輕微的軸向偏移。
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FRED應(yīng)用：激光二極管的模擬
M2最小的可能值是1，這會(huì)指定一個(gè)高斯TEM00光束。M2的更大值表明在光束中高階模的混合。為了確定在FRED中創(chuàng)建的M2光束的模式組成，在樹(shù)上右鍵點(diǎn)擊源“detail report”，然后選擇Detailed Analysis。
圖5.左：簡(jiǎn)易的M平方激光光束規(guī)格。右：指定的M2激光光源中的模式分布。
混合模，高階模
當(dāng)一個(gè)激光不具備足夠的空間濾波時(shí)（限制孔徑大于最低階模式半徑），多模光束就會(huì)產(chǎn)生。因此，多重模式在激光諧振腔中產(chǎn)生。為了模擬一個(gè)具有特定模式分布的激光，多個(gè)光源可以分配給每個(gè)TEM模式。這需要Detailed Optical Source類型來(lái)創(chuàng)建這一模式，首先通過(guò)選擇光源位置的一個(gè)六邊形或網(wǎng)格平面來(lái)建立，然后設(shè)置高斯切趾。切趾允許的規(guī)格有：x和y的半寬、橫向偏移、模式數(shù)目（m, n）和模式類型（Hermite, Laguerre, Laguerre Cosine, Laguerre Sine）。幾個(gè)TEM模式的輻照度分布如圖6所示。混合模的例子如圖7所示。
圖6.在FRED中模擬的不同高斯TEM模的輻照度分布
圖7.由TEM0,0, TEM2,1和 TEM2,3模組成的混合模的輻照度分布，功率分配為[1:0.5:0.25]。TEM2,1和TEM2,3模也有輕微的軸向偏移。
展開(kāi) FRED應(yīng)用：激光二極管的模擬
M2最小的可能值是1，這會(huì)指定一個(gè)高斯TEM00光束。M2的更大值表明在光束中高階模的混合。為了確定在FRED中創(chuàng)建的M2光束的模式組成，在樹(shù)上右鍵點(diǎn)擊源“detail report”，然后選擇Detailed Analysis。
圖5.左：簡(jiǎn)易的M平方激光光束規(guī)格。右：指定的M2激光光源中的模式分布。
混合模，高階模
當(dāng)一個(gè)激光不具備足夠的空間濾波時(shí)（限制孔徑大于最低階模式半徑），多模光束就會(huì)產(chǎn)生。因此，多重模式在激光諧振腔中產(chǎn)生。為了模擬一個(gè)具有特定模式分布的激光，多個(gè)光源可以分配給每個(gè)TEM模式。這需要Detailed Optical Source類型來(lái)創(chuàng)建這一模式，首先通過(guò)選擇光源位置的一個(gè)六邊形或網(wǎng)格平面來(lái)建立，然后設(shè)置高斯切趾。切趾允許的規(guī)格有：x和y的半寬、橫向偏移、模式數(shù)目（m, n）和模式類型（Hermite, Laguerre, Laguerre Cosine, Laguerre Sine）。幾個(gè)TEM模式的輻照度分布如圖6所示。混合模的例子如圖7所示。
圖6.在FRED中模擬的不同高斯TEM模的輻照度分布
圖7.由TEM0,0, TEM2,1和 TEM2,3模組成的混合模的輻照度分布，功率分配為[1:0.5:0.25]。TEM2,1和TEM2,3模也有輕微的軸向偏移。
展開(kāi) HFSS常見(jiàn)問(wèn)題及解答 | 建模與仿真方法（一）
對(duì)于TEM模的傳輸線來(lái)說(shuō)，三者是相等的，對(duì)于非TEM模的傳輸線來(lái)說(shuō)，三者不等，積分線的作用是告訴HFSS， 求解電壓時(shí)，電場(chǎng)的積分路徑。
圖1.1(b)
3）定義極化E場(chǎng)，對(duì)于圓波導(dǎo)或正方形波導(dǎo)，由于垂直極化和水平極化兩個(gè)模式的截止頻率相同，為了保證模式求解和我們計(jì)劃的一致，可通過(guò)定義積分線，并將極化E選項(xiàng)選中，控制兩個(gè)模式。圖1.1（c）表示圓波導(dǎo)端口模式定義。
圖1.1(c)
Renormalize指的是重新歸一化。HFSS直接得到的是廣義S參數(shù)，HFSS會(huì)根據(jù)求解得到的端口阻抗進(jìn)行歸一化得到S參數(shù)， 端口阻抗有可能會(huì)隨頻率變化，如波導(dǎo)問(wèn)題。如果要得到給定阻抗下的S參數(shù)，可通過(guò)端口后處理選項(xiàng)卡中的重新歸一化選項(xiàng)指定S參數(shù)的歸一化阻抗。如圖1.1（d）所示。
圖1.1(d)
Deembeding指的是去內(nèi)嵌。只有在WavePort下才能進(jìn)行。為了避免不傳播的高階模式對(duì)求解精度的影響，HFSS要求WavePort和結(jié)構(gòu)的不連續(xù)性之間最好包括一段傳輸線，但是，這段傳輸線會(huì)帶來(lái)額外的相移，要修正這段相移的影響，可設(shè)置Deembedding，既可以直接指定距離，也可以利用圖形化功能自動(dòng)計(jì)算。另外，如果結(jié)構(gòu)中包括了很長(zhǎng)的均勻傳輸線，不必將這些傳輸線建立到求解模型中以節(jié)省求解時(shí)間，同樣可以利用Deembedding功能，由短傳輸線的結(jié)果自動(dòng)推算長(zhǎng)傳輸線的結(jié)果。
展開(kāi) FRED激光應(yīng)用說(shuō)明
雖然由這個(gè)混合模式產(chǎn)生的空間分布與TEM00模很接近，但它的傳播明顯不同。下表列出了光束的模式內(nèi)容，圖6顯示了在FRED中計(jì)算的單模剖面，通過(guò)給每個(gè)模式分配不同的波長(zhǎng)，圖7顯示了這五種模式的非相干性組合。
圖6：在FRED新的光源對(duì)話框中模擬的Laguerre 模式：TEM01, TEM10, TEM11, TEM20, TEM21
圖7： Non-Gaussian Gaussian: 首例5種 Laguerre模式的非相干結(jié)合
圖8中的圖片集顯示了單個(gè)模式連同它們的非相干組合的縱向能量密度計(jì)算。請(qǐng)注意在最大能量密度位置與幾何體最佳焦點(diǎn)之間有116μm間隔。
圖8：TEM01、TEM10、TEM11、TEM20、TEM21以及非相干組合的縱向能量密度。白色的箭頭指向的是最大能量密度的位置，金色的箭頭指向的是最佳幾何焦點(diǎn)的位置。
圖9及圖10的輻照度顯示了一些有趣的特征。這兩幅圖的峰值輻照度的差異接近2倍，圖9中的最大能量密度的FWHM只比先前部分的TEM00模寬20%，最佳焦點(diǎn)顯示在圖10中，另一方面，F(xiàn)WHM是TEM00模的2.75倍寬，并顯示出一個(gè)明顯的中心低谷。
圖9：在最大能量密度平面上的多模光束的輻照度
圖10：在幾何體最佳焦點(diǎn)平面的多模光束的輻照度
展開(kāi) HFSS常見(jiàn)問(wèn)題及解答 | 建模與仿真方法（六）
如果這樣做仍然不方便，對(duì)于TEM模的傳輸線，可以改用Lumped Port會(huì)更方便些。
圖1.16
1.17 Q: 我們知道，微帶線是開(kāi)放結(jié)構(gòu)，那么，是否一定要用輻射邊界條件？仿真時(shí)，空氣盒子畫(huà)多大合適？
A: 對(duì)于微帶結(jié)構(gòu)，雖然帶線以上的區(qū)域是開(kāi)放的空間，實(shí)際的微帶線會(huì)有輻射損耗存在，但是，不必采用輻射邊界條件，利用軟件默認(rèn)的或定義為PerfectE均可。空氣盒子的大小很重要，一般說(shuō)來(lái)，對(duì)于理想微帶結(jié)構(gòu)，空氣盒子的高應(yīng)為微帶線介質(zhì)高度的十倍，盒子的寬應(yīng)當(dāng)保證盒子的側(cè)壁距離微帶線的邊緣距離是微帶線寬度的五倍以上。
1.18 Q：如何定義空間相關(guān)材料特性？
VirtualLab Fusion光源的這些設(shè)置方法，你掌握了嗎?
保存之后再次打開(kāi)可編程光源，可以看到在下方出現(xiàn)了設(shè)定的參數(shù)，可以設(shè)置x和y方向的偏移、TEM00模的束寬和階數(shù)。
圖9. 可編程光源代碼編輯以及參數(shù)設(shè)置
運(yùn)行之可以看到最后得到和原點(diǎn)對(duì)稱分布的渦旋光束，如圖10所示。
圖10. 離軸雙渦旋光束強(qiáng)度和相位
在VirtualLab Fusion的光路編輯器中選中光源，鼠標(biāo)右鍵后點(diǎn)擊Activate Light Source可以快速激活一個(gè)光源。
圖11. 快速激活一個(gè)光源
最后，別忘了在上方Layout Tools中可以將自定義的光源保存到自定義光源庫(kù)中，方便下次使用。
圖12. 保存可編程光源為自定義光源
Ansys Zemax | 在OpticStudio中模擬高階激光光束
然而，輸入光束也可以是在X和Y上不對(duì)稱的高階Hermite-Gaussian光束，例如:
Hermite-Gaussian模型通常被稱為T(mén)EMm,n模，其中m是光束在X中的階數(shù)，n是光束在Y中的階數(shù)。同樣，高斯光束是TEM00模光束。
關(guān)于“高斯束腰”光束定義的輸入?yún)?shù)的進(jìn)一步描述可以在幫助系統(tǒng)中“關(guān)于物理光學(xué)傳播”一節(jié)中找到。
Laguerre-Gaussian模型
對(duì)于圓柱對(duì)稱的激光諧振腔設(shè)計(jì)，即具有圓形增益孔徑的激光諧振腔，用Laguerre-Gaussian模型給出了傍軸波動(dòng)方程的合適解。這些模態(tài)的電場(chǎng)分布可以用Laguerre多項(xiàng)式表示。這些模式可以在OpticStudio中使用安裝OpticStudio時(shí)提供的“Laguerre beam”DLL建模:
該模型的輸入是波束在徑向(n)和方位角(l)方向的階數(shù)、波束腰(wo)和模態(tài)旋轉(zhuǎn)角(phi0)。注意，指定phi0 = 0相當(dāng)于對(duì)奇Laguerre-Gaussian模(LGM)建模，而指定phi0 = 90則相當(dāng)于對(duì)偶LGM建模.2
“Laguerre beam”DLL的源代碼可以在OpticStudio安裝文件夾中找到，默認(rèn)情況下是{Zemax}\DLL\PhysicalOptics。這個(gè)文件夾的位置在File tab...Project Preferences...Folders:
Ince-Gaussian模式
對(duì)于具有橢圓對(duì)稱增益孔徑的激光諧振腔設(shè)計(jì)，給出了Ince-Gaussian模式下傍軸波方程的合適解。這些模態(tài)的電場(chǎng)分布可以用Ince多項(xiàng)式表示。這些多項(xiàng)式在Miguel A. Bandres和Julio C.
展開(kāi) 
Ansys Zemax 在OpticStudio中模擬高階激光光束
然而，輸入光束也可以是在X和Y上不對(duì)稱的高階Hermite-Gaussian光束，例如:
Hermite-Gaussian模型通常被稱為T(mén)EMm,n模，其中m是光束在X中的階數(shù)，n是光束在Y中的階數(shù)。同樣，高斯光束是TEM00模光束。
Laguerre-Gaussian模型
對(duì)于圓柱對(duì)稱的激光諧振腔設(shè)計(jì)，即具有圓形增益孔徑的激光諧振腔，用Laguerre-Gaussian模型給出了傍軸波動(dòng)方程的合適解。這些模態(tài)的電場(chǎng)分布可以用Laguerre多項(xiàng)式表示。這些模式可以在OpticStudio中使用安裝OpticStudio時(shí)提供的“Laguerre beam”DLL建模:
該模型的輸入是波束在徑向(n)和方位角(l)方向的階數(shù)、波束腰(wo)和模態(tài)旋轉(zhuǎn)角(phi0)。注意，指定phi0 = 0相當(dāng)于對(duì)奇Laguerre-Gaussian模(LGM)建模，而指定phi0 = 90則相當(dāng)于對(duì)偶LGM建模。
“Laguerre beam”DLL的源代碼可以在OpticStudio安裝文件夾中找到，默認(rèn)情況下是{Zemax}\DLL\PhysicalOptics。這個(gè)文件夾的位置在File tab...Project Preferences...Folders:
Ince-Gaussian模式
對(duì)于具有橢圓對(duì)稱增益孔徑的激光諧振腔設(shè)計(jì)，給出了Ince-Gaussian模式下傍軸波方程的合適解。這些模態(tài)的電場(chǎng)分布可以用Ince多項(xiàng)式表示。這些多項(xiàng)式在Miguel A. Bandres和Julio C.
展開(kāi) 【VirtualLab運(yùn)用】通過(guò)使用錐透鏡對(duì)生成貝塞爾光束以優(yōu)化焦斑大小和焦深
file used: BDS.0004_OptimizeFocalBeamSize_04_InvestiateFocalRegion.run
焦區(qū)域內(nèi)的光束寬度
為了對(duì)焦區(qū)域的光束進(jìn)行一個(gè)更詳細(xì)的評(píng)估，分別計(jì)算了包含（BDS.0004）和不包含（BDS.0002）錐透鏡對(duì)光學(xué)系統(tǒng)焦區(qū)域光束的半高寬（HWHM），并使用了高斯TEM00模式進(jìn)行對(duì)比，如下圖所示。
通過(guò)使用錐透鏡對(duì)，可以很明顯的看出聚焦光斑尺寸和聚焦深度得到了明顯的提高。
file: BDS.0004_OptimizeFocalBeamSize_05_HWHMxyAppEx0002&0004.da
理論上，錐透鏡產(chǎn)生理想的貝塞爾光束。這些光束有在焦區(qū)域內(nèi)沿著一定的具有距離“非衍射”的特性。
因此，與相似光束尺寸高斯光束相比，貝塞爾光束在焦區(qū)域內(nèi)有更高的焦深和較小的發(fā)散角。
為了對(duì)比焦深，將其定義為距離，即束腰（定義為HWHM）與因子√2的乘積。
為了比較焦深，計(jì)算了高斯TEM00模以作為參考，所有光束的焦面上，其光束束腰與貝塞爾光束束腰類似。
作為對(duì)比，計(jì)算處的兩者的束腰和焦深在下表中列出。
請(qǐng)注意，由于進(jìn)入錐透鏡的光束是一種像差和像散高斯光束，則最終生成的光束不可能是理想貝塞爾光束，。
有趣的是，通過(guò)使用錐透鏡對(duì)，光束的像散特性在焦區(qū)域得到了明顯的提升。這可以在光束y剖面的參數(shù)上看出來(lái)。
此外，相比于有相似束腰的高斯光束，生成的貝塞爾光束的焦深增加了4倍。
展開(kāi) FRED應(yīng)用說(shuō)明：相干光模擬
相干光源定義
在FRED中有一些默認(rèn)的光源，包括平行光源，點(diǎn)光源，高斯TEM00模激光束和激光二極管光束。相干的高斯He-Ne激光束用于這個(gè)例子。一個(gè)高斯光束的輸入?yún)?shù)有光束大小（束腰半孔徑）、網(wǎng)格大小（在采樣平面處的腰部半孔徑）和整個(gè)平面上點(diǎn)的數(shù)目。一個(gè)好的經(jīng)驗(yàn)法則是設(shè)定光束大小（束腰半徑）為網(wǎng)格尺寸的一半。在這個(gè)例子中，光束被定義為圓形，在2mm*2mm的每個(gè)方向有41條光線穿過(guò)的網(wǎng)格上（W），束腰半徑是0.5mm（直徑1mm）。這是一個(gè)完全有效的相干光源定義。它的子光束有大約41.7μm的束腰半徑，遠(yuǎn)大于6.328μm的10 邊界；同時(shí)有0.28°的發(fā)散角（ ），遠(yuǎn)小于6°的近軸限制。
在 點(diǎn)（方程4）處的束腰半徑是：
子光束發(fā)散角為：
高斯光線尺寸點(diǎn)列圖工具
FRED的高斯光線尺寸點(diǎn)列圖工具對(duì)于檢驗(yàn)高斯子光束特性、可視化二級(jí)光線位置和診斷相干光線的錯(cuò)誤非常有用。該工具利用對(duì)應(yīng)的1/e2橢圓來(lái)繪制基準(zhǔn)光線。盡管沒(méi)有明確繪制，二級(jí)束腰光線沿著該橢圓一般有4個(gè)，在 和 方向。FRED在高斯光線尺寸點(diǎn)圖中繪制了一個(gè)1/e2束腰光線橢圓，但是在光線追跡中使用了沿著稍小的1/eπ/2橢圓的二級(jí)光線。圖3顯示了在兩個(gè)位置處激光光源的高斯點(diǎn)圖：(a)在光源處，(b)在下游的650mm處。基準(zhǔn)光線是完全準(zhǔn)直的，但激光光束本身是發(fā)散的，這可以通過(guò)注意1/e2橢圓（在這種情況下圓形）已傳播650毫米后尺寸的增加來(lái)觀察。
圖3 高斯光線尺寸點(diǎn)列圖，放大的中心用以顯示細(xì)節(jié)。(a)在光源位置。(b)當(dāng)光束傳播了650mm后，輪廓如最右邊的子光束。基準(zhǔn)光線準(zhǔn)直，二次光線發(fā)散。
假設(shè)擴(kuò)束器是光學(xué)系統(tǒng)的一部分，它需要第一表面距離激光源650毫米。
展開(kāi) 面向大口徑超薄平面光學(xué)器件及應(yīng)用：PB相位液晶光子技術(shù)
渦旋半波片可將不同偏振態(tài)的入射光轉(zhuǎn)換成矢量偏振光束或具有軌道角動(dòng)量的渦旋光束，而且該器件會(huì)將標(biāo)準(zhǔn)的TEM00模的高斯光的光強(qiáng)分布轉(zhuǎn)換成“空心孔型”拉蓋爾-高斯（Laguerre-Gaussian）光束的光強(qiáng)分布。可應(yīng)用在量子光學(xué)、光場(chǎng)調(diào)控、大氣光通信、超分辨率成像、光鑷、精密激光加工等領(lǐng)域。
圖7 渦旋半波片和相關(guān)工作原理
薄膜型液晶平面光學(xué)元件的光學(xué)性能與反應(yīng)性液晶光學(xué)涂料的性能和工藝息息相關(guān)。要求涂料具有優(yōu)異的基板粘附力和流平性，足以在基板上形成完整均勻的薄膜，無(wú)雜質(zhì)無(wú)氣泡；此外，要求反應(yīng)性液晶單元易取向，鍍膜后常溫下維持液晶態(tài)不易結(jié)晶產(chǎn)生缺陷點(diǎn)和光散射；薄膜高度平整，延遲量可控且加工重復(fù)性高。以萊拓新材的反應(yīng)性液晶涂料OCM-A1為例，本文將詳細(xì)介紹制備液晶聚合物偏振光柵的流程。OCM-A1是固含量為30%的光學(xué)涂料，主要成分由多種反應(yīng)性液晶單元、紫外光引發(fā)劑和有機(jī)溶劑制成，具有標(biāo)準(zhǔn)的正性折射率色散，在633 nm 處雙折射率為0.157。應(yīng)用于旋涂工藝時(shí)，OCM-A1具有相對(duì)較高的鍍膜效率，單層鍍膜可滿足1/4波長(zhǎng)延遲量，厚度約為1 um。因此光學(xué)元件的半波條件可通過(guò)雙層疊加OCM薄膜實(shí)現(xiàn)。首先，將OCM-A1以3000 rpm的轉(zhuǎn)速旋涂于圖形液晶配向處理后的基板上約30-60 s，在通風(fēng)環(huán)境中將殘余的有機(jī)溶劑完全揮發(fā)，形成平整的液晶薄膜和圖形化分子指向。將該薄膜置于惰性氣體如氮?dú)猸h(huán)境中，使用波長(zhǎng)為365 nm光功率為30 mw/cm^2的紫外光進(jìn)行60 s的曝光，即完成液晶聚合物薄膜的制備，薄膜表現(xiàn)高度透明無(wú)散射。通常反應(yīng)性液晶涂料在紫外光聚合過(guò)程中存在氧阻聚效應(yīng)，因此氧氣濃度與聚合效率、交聯(lián)密度以及光學(xué)性能密切相關(guān)。通過(guò)特殊的分子設(shè)計(jì)，實(shí)際上OCM-A1也可在空氣中完成快速固化且無(wú)光學(xué)性能損失，因此大大簡(jiǎn)化了工藝制程。
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