光場
關注創建者：320科技工作室 創建時間：2022-11-16
光場的實例教程
衍射光場可看成許多不同方向傳播的單色平面波分量的線性組合，其中的角譜分量A（kx ,ky ,0）由光束在折射后的光場分布E1決定，因此，聚焦光場的分布可以化簡為
假設平行光束入射到焦距為fobj 的物鏡，入射的電場矢量強度為E0，經物鏡折射后的電場強度矢量E1表示為
其中cos1/2θ 為照明光路中的切趾因子，表示球面波前的光場分布，與會聚角θ 相關。是偏振變換矩陣，可以表述為
將公式(3)代入衍射積分公式(2)中并變換積分變量得到聚焦光場分布為
將不同偏振狀態的E0代入上式并用MATLAB計算積分，即可得到聚焦光場分布情況，分析入射光偏振態對聚焦光場分布的影響。
3 矢量光束聚焦光場及MATLAB仿真
假設入射光束光強分布為高斯分布，電場矢量E0的偏振態用矩陣表示，各種偏振光束的瓊斯矩陣表示如表1所示。將不同偏振光束的矩陣表示代入到公式（3）并結合公式（4）就可以得到最終的聚焦光場分布表達式，接著利用MATLAB編程模擬計算聚焦光場積分。在計算過程中，我們選取焦距為2mm，數值孔徑0.95的聚焦透鏡作為算例。
圖3四行的圖分別給出了x 線偏振光、圓偏振光、徑向偏振光和角向偏振光的MATLAB聚焦光場在焦平面上的分布仿真結果。從左至右，每一列分別對應橫向分量、軸向分量以及總光強，其中總光強即橫向分量與縱向分量之和。為了進一步分辨出各分量之間的關系，圖4~圖7給出了它們沿徑向的光強變化曲線。
由圖3~圖7可以看到，不同偏振入射光的場分布具有顯著的矢量偏振特征。具體而言，線偏振光在高數值孔徑聚焦情況下產生了關于y 軸對稱的軸向光場分量（圖3第一行），雖然聚焦光場橫向分量仍舊占據主導地位，但是由于軸向分量的影響，使得總光強分布成為了橢圓形（圖4），其長軸平行于其偏振方向。
展開 在之前第15篇推送中，介紹了徑向偏振光和角向偏振光經過透鏡聚焦后的光場，當時是正好有文獻推導公式，
但是倘若沒有現成的文獻推導呢？那就得自己慢慢在草稿紙上推導。實驗中最常用的光源是線偏振高斯光，所以后來我慢慢推導了線偏振高斯光經過透鏡聚焦后的光場，并用comsol仿真出來。這個聚焦光場的仿真其實難度還挺大的，并不easy。至于其他光，比如圓偏高斯光，渦旋光等等，以后有空在慢慢推吧。
如下是我的仿真結果
付費內容如下
圖5 散射光場繪制腳本以及提取的散射場
接著，提取掃描所有球體的仿真結果，形成散射效率曲線。
圖6 散射曲線繪制腳本以及最終繪制的散射曲線
總結
本設計基于FDTD腳本完成了微型球體聚合的空心球殼nanojet的全流程建模，散射光場效果與預期貼近，且散射效率曲線表明不同球殼半徑在不同波長下存在固定差異，實現了較為完善的模擬研究。
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根據這一現象，利用光場調制技術將焦點調制為4×4的點陣，焦點之間的間隔略小于刻蝕后藍寶石底部的球面直徑，可以避免由不同晶向引起的三棱柱側邊，從而實現具有高表面質量的藍寶石微透鏡陣列結構。
圖 7（d）是利用飛秒激光空間光場調制和濕法刻蝕制備的大面積藍寶石微透鏡陣列結構，可以看到其尺寸分布比較均勻，且都具有比較好的成像效果（圖 7（e））。
結論
由于液晶空間光調制器的高衍射效率和高柔性的光場調制能力，將飛秒激光空間光場調制與濕法刻蝕相結合，可以實現石英表面微凹透鏡陣列的高效制備，并且在制備過程中僅通過改變全息圖的方式即可實現對微凹透鏡尺寸和數值孔徑的調制。
此外，由于光場調制方法可以對加工過程中多個物理量進行控制，因此通過合理地設計焦點陣列的位置和相對能量，單次曝光即可實現三維空間排列的微凹透鏡陣列結構。
此外，這種光場調制與濕法刻蝕的加工方式也適用于其他能夠被溶液各項同性刻蝕的材料，包括藍寶石等晶體材料。這種加工方式具有很高的實際應用價值。
盡管利用光場調制和濕法刻蝕可以實現高效微光學元件的制備，但是就目前而言其僅能應用到簡單的微凹透鏡陣列，對于具有復雜輪廓的微光學元件仍有困難。
如何利用光場調制與濕法刻蝕方法實現具有高表面質量且三維輪廓可控的硬質材料微光學元件的高效制備，對飛秒激光微納加工領域和微納光學領域都具有十分重要的意義。
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展開 在過去的幾十年里，研究者們開發了多種快速、高質量的體成像方法，其中光場顯微成像技術（light-field microscopy, LFM）由于其高并行性和低光毒性受到研究者的青睞。通過在光路中加入微透鏡陣列（microlens array, MLA），LFM可以在單次拍攝中對三維空間內的高維光信息進行編碼。通過配套的反解算法，可以以高保真度還原場景的三維信息。然而，LFM的分辨率與體覆蓋率相互制約，重建三維體的分辨率隨著離焦距離的增大而快速下降，這阻礙了LFM在大范圍活體場景下的應用。為了突破這一限制，研究者們提出了一些方法，包括使用雙聚焦微透鏡陣列[1]或者采用共聚焦光場顯微系統[2]等等，但是這些方法增加了系統的復雜性。如何低成本地擴大光場成像的高分辨率范圍仍是一個充滿吸引力的課題。
論文導讀
近日，來自清華大學腦與認知科學研究院、自動化系的研究團隊提出了一種多焦點同步采集的球差輔助掃描光場成像方法(Spherical-Aberration-assisted scanning LFM, SAsLFM)。在先前提出的掃描光場技術的基礎上[3,4]，研究人員利用折射率不匹配引入球差相位調制，對不同子孔徑分量焦點的空間位置進行再分配，從而實現同步多焦點體數據采集。通過相空間分塊融合的重建算法，可以從SAsLFM采集所得的高維光場數據中抽離出不同深度的高分辨信息并進行匹配融合，以此還原大尺度高分辨的三維體信息。
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光場的最新內容
對這類系統工作原理的討論必須要結合物理光學的知識，如光的電磁場表示、光的波動性、光場的疊加等。顯微系統也是組成光學測量的一個重要組成部分，課程內容中也涵蓋了高NA系統，微觀與宏觀相結合的完整系統仿真如晶圓檢測系統，摩爾紋系統等。該課程無需軟件基礎。
在該平面上指定了一個分析面（64*64μm寬，257*257像素）來收集光場。繪制光場之后，用戶需要右鍵點擊并選擇相干場操作/應用剪裁到場（Coherent Field Operations / Apply Clipping to Field），選擇已經創建好的剪裁曲線。光場現在已經得到了正確的剪裁（圖3）。
strong><strong> | MLA 投影燈案例分析</strong></p><p class="ql-align-justify"><br></p><p><strong>01/簡介</strong></p><p><br></p><p class="ql-align-justify">MLA（微透鏡陣列）投影燈是面向微型投影、標識照明與車載氛圍顯示的微光學核心器件，通過微米級透鏡陣列實現高精度光場調控
授課時間
2026/5/21（四）-5/22（五）AM 9:00-PM 16:00
授課地點
上海市嘉定區南翔銀翔路819號中暨大廈18樓1805室
課程講師
訊技光電工程團隊及資深顧問
課程費用
3000RMB/1人次
(課程包含課程材料費、開票稅金、午餐費)
課程簡介
本課程聚焦于利用
授課時間：：2026/5/28（四）-5/29（五）（各城市并行開課）
課程時數：2天/城市
授課地點：深圳市光明區鳳凰街道尚智科技園1棟B座1503
課程講師：訊技光電工程師隊
課程費用：3600RMB/1人次
(課程包含課程材料費、開票稅金、午餐費)
課程簡介
Course Introduction
光柵是現代光學系統中最為常用的一種衍射光學元件
在本用例中，我們使用VirtualLab Fusion中的快速物理光學引擎來演示由階躍或梯度折射率光纖產生的一組模式的形狀，以及由它們的組合產生的光場，如何受到有像差的光學系統的影響。
FRED 應用：光束足跡分析18天前
那么問題來了，“如何分析在光線追跡的過程中光線穿過光學空間的光場？”
一種選擇是使用FRED探測器實體(Detector Entity)結構。探測器實體與分析面類似，不過它們可以放在任何光學空間，而且可以在光線追跡的過程中動態地收集光線信息(即光線穿過它們的收集網格)。目前，探測器實體對于相干或偏振光不起作用，只可以執行輻照度、照度和彩色圖像的分析。
FRED 應用：光束足跡分析18天前
那么問題來了，“如何分析在光線追跡的過程中光線穿過光學空間的光場？”
簡介
與該文檔對應的示例文件有5個平面探測器實體，位于系統中我們感興趣的平面上。這些探測器實體位于對象樹的分析面文件夾中，如下圖所示。
很多時候，我們做DOE設計的流程都是這樣的： 先設定目標光場，然后通過迭代算法、優化方法或者其他設計手段，最后得到一張相位圖。到這里，很多人會下意識覺得，工作完成得差不多了。但實際上，真正危險的地方，往往恰恰就在這之后。因為相位圖設計完成和最終光場重建正確之間，并不能直接畫等號。中間還隔著很多坑，比如：
一、為什么DOE設計一定要先驗證？
遠場積分用于計算光場在遠場區域的分布，本質上是把源面光場與目標面光場之間的傳播關系轉化為空間頻率域中的處理問題。在傳統方法中，這類計算通常對應標準傅里葉變換；而在更復雜的傳播場景下，還需要考慮波前映射、像差修正和傾斜觀察面等因素。
