BINARY
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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 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。表面通過具有一定高度的強度表現出來，高度的單位為厘米，表面的高度可以通過任意一個常規的強度出圖命令顯示出來。“sfocus”命令將表面的高度作為一個相位差引入，然后乘以α = n – 1，傳輸距離為z，將其設定為1。“sfocus”命令還包括了2π ? λ這一項。次級數量分別為2,4,8和16，在這樣的單位下，16個次級分辨率不好，但是表面卻可以以一個近似光滑的分布顯示出來。
二元透鏡計算：
下面（a）（b）圖為一個半徑為100的正透鏡，焦距為200 cm。
展開 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。表面通過具有一定高度的強度表現出來，高度的單位為厘米，表面的高度可以通過任意一個常規的強度出圖命令顯示出來。“sfocus”命令將表面的高度作為一個相位差引入，然后乘以α = n – 1，傳輸距離為z，將其設定為1。“sfocus”命令還包括了2π ? λ這一項。次級數量分別為2,4,8和16，在這樣的單位下，16個次級分辨率不好，但是表面卻可以以一個近似光滑的分布顯示出來。
二元透鏡計算：
下面（a）（b）圖為一個半徑為100的正透鏡，焦距為200 cm。
展開 3.1 us_binary_mix12.dll
這個 DLL 的功能是實現原生二元面1（Binary1）和二元面2(Binary2)表面的混合。它只支持平面。這對離軸 metalens 的設計很有用。這個 DLL 可以通過打開附件 Binary2_mix12_demo.zar 來提取。
圖9 來自 Binary2_mix12_demo.zar 文件的系統布局
3.2 us_asp30_bin30.dll
這與原生二元面2（Binary 2）表面基本相同，只不過它支持非球面項數到30階，而不是原生二元面2（Binary 2）表面的16階。如果用戶想在高階非球面鏡片上設計 DOE 或metalens，這很有用。這個 DLL 可以通過打開附件 test_asp30_bin30.zar 來提取。
3.3 us_binary2_metalens.dll
這個表面與原生二元面2（Binary 2）表面相似，但有一些區別。它只支持平面，并且只有10階以下的相位項。這個曲面允許不同的波長對應不同的相位分布。參數被命名為 Wxry，其中x是波長數，y是二元面2（Binary 2）相位項數。如果 metalens 被設計成對不同的波長有不同的響應（相位分布），那么這個面就很有用。請注意，這需要特定的設計，以使 metalens 對不同的波長有不同的表現。在使用這個 DLL 之前，請向 metalens 設計者咨詢。
圖10 us_binary2_metalens.dll 的部分參數
總結
文章介紹并討論了4種不同的 DOE 和 metalens 的設計過程。詳細解釋了使用相位面來模擬衍射光學的概念。我們還提供了3個 DLLs 供用戶下載。
展開 編輯
# Python3 program to convert a
# decimal number to binary number
# function to convert
# decimal to binary
def decToBinary(n):
# array to store
# binary number
binaryNum = [0] * n
# counter for binary array
i = 0;
while (n > 0):
# storing remainder
# in binary array
binaryNum[i] = n % 2
n = int(n / 2)
i += 1
# printing binary array
# in reverse order
for j in range(i - 1, -1, -1):
print(binaryNum[j], end = "")
# Driver Code
n = 17
decToBinary(n)
# This code is contributed by mits
?
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1.使用*DATABASE_BINARY_FSIFOR要比*DATABASE_FSI要好用點，兩個我用著是這樣的，而且還簡單，不用設置那么多要輸出的id啥的。
3.1 us_binary_mix12.dll
這個DLL的功能是實現原生二元面1（Binary1）和二元面2(Binary2)表面的混合。它只支持平面。這對離軸metalens的設計很有用。這個DLL可以通過打開附件Binary2_mix12_demo.zar來提取。
