渦旋相位的案例
模擬產生渦旋相位
使用渦旋相位可以生成特殊的光束以用于某些特殊的應用。
Lumerical FDTD設計超透鏡產生渦旋光束
，其相位實際上是普通透鏡相位加載上渦旋光相位，這點符合開始講述的SLM原理。
VirtualLab Fusion：高斯激光光束重塑成Donut模式
? 一個在光束整形元件中心的相位渦旋幫助增大生成的donut模式焦點的對比度和深度。
VirtualLab運用：高斯激光光束重塑成Donut模式
?一個在光束整形元件中心的相位渦旋幫助增大生成的donut模式焦點的對比度和深度。
VirtualLab運用：高斯激光光束重塑成Donut模式
?一個在光束整形元件中心的相位渦旋幫助增大生成的donut模式焦點的對比度和深度。
將超透鏡建模集成到多尺度光學系統仿真中（Frank Wyrowski教授）
在這種情況下，初始透鏡用于將入射平面相位轉換為聚焦或發散的球面相位。以發散情況為例。第二個透鏡用于將入射光準直。因此，需要使用兩個透鏡。光束擴束的程度由透鏡間的距離 d 和它們的數值孔徑決定。平面透鏡的使用并不會改變這一結果。
圖4：幻燈片#42
第四章
超透鏡的交互操作仿真模型
透鏡系統將源自物點的波前轉換為創建像點的波前。波前可以通過其對應的相位函數 來以數學的方式表示，我們稱之為波前相位。波前相位在透鏡系統的設計和仿真中具有至關重要的作用。
幻燈片 #45
在幾何光學中，波前相位通過以下方程與局部光線方向向量直接相關：
其中，⊥ 表示x和 y 分量，由決定。
幻燈片 #46
(1)
在物理光學中，波前相位保持著至關重要的意義。我們可以將波前相位通過下式集成到電場向量中：
以及
其分量 ?=x,y,z。在多尺度光學仿真中，波前相位被用作一個連續且平滑的相位，在所有的光學元件中。電場分量可以具有額外的相位，例如與角動量束相關的渦旋相位。
幻燈片 #47
例如，經過傳播后的高斯-拉蓋爾（0,1）光束的相位可以分解為球面波前相位和相位位差。將波前相位與電場分量的其他相位貢獻分離開來，是賦予 VirtualLab Fusion 特殊透鏡建模能力的幾個概念之一。
幻燈片 #48
接下來，我們考察透鏡是如何改變波前相位的。常規透鏡通過其表面之間的光程（OPL）來改變波前相位。相位由光程通過以下關系得到：
這個結果在物理光學領域同樣有效。所得相位是連續的，并且沒有以2π形式表示，也就是說，它是展開的。波前相位 的變化與電場的偏振無關！從仿真角度來看，這代表了一個非常寬松的數值情形。
展開 VirtualLab Fusion光源的這些設置方法，你掌握了嗎?
可編程光源代碼編輯以及參數設置
運行之可以看到最后得到和原點對稱分布的渦旋光束，如圖10所示。
圖10. 離軸雙渦旋光束強度和相位
在VirtualLab Fusion的光路編輯器中選中光源，鼠標右鍵后點擊Activate Light Source可以快速激活一個光源。
圖11. 快速激活一個光源
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中，方便下次使用。
圖12. 保存可編程光源為自定義光源
衍射光學：超短激光脈沖如何影響光束整形光學
渦旋透鏡
也稱為螺旋相位板，渦旋透鏡將高斯輸入剖面轉換成一個donut或者方形能量環。渦旋透鏡的典型應用包括光學捕獲、量子光學和高分辨率顯微鏡。
螺旋相位板是一個獨特的光學元件，其結構是由螺旋或螺旋相位步驟組成，目的是控制傳輸光束的相位。其拓撲電荷，在文獻中表示為m，指的是2π的循環次數（鋸齒）蝕刻衍射表面的360°轉變。
對于m=1的渦旋透鏡元件，VirtualLab仿真顯示不管輸入是一個高斯脈沖或100fs超快脈沖（見圖1），其對DOE的影響很小。對于圓對稱元件，強度沿著環形點分布，使它幾乎不可能探測到任何光斑大小的變化。換句話說，這些變化并不發生在方位平面上，而徑向平面上發生的變化與光斑整形無關。同時，既然這不是一個周期結構，橢率或零階的影響也無關緊要。
衍射錐透鏡
錐透鏡將一束激光轉換成一個環形狀（近場的貝塞爾強度輪廓）。它還將點光源成像成沿光軸的一條線，而且還增加了景深。由于其獨特的性質，衍射錐透鏡應用很廣，如原子陷阱，望遠鏡和激光鉆孔。
類似渦旋透鏡，不論衍射錐透鏡的輸入脈沖是高斯或超短（見圖2），輸出幾乎都沒有變化。VirtualLab仿真和實驗實踐指出渦旋透鏡有著類似結果，并幫助理解了沒有零階衍射以及光斑大小、形狀沒有變化的現象。
Top Hats
Top-hat光束整形器是用來將一束近高斯入射激光光束在一個特定的工作平面轉換到一個均勻性強度（平滑）的圓形，矩形，正方形，線形或其他有銳邊的形狀。典型的應用主要是在激光材料處理，包括激光燒蝕，焊接和激光顯示劃線，香煙過濾器，醫療和醫美。
為了獲得高質量性能的光束整形器，激光輸出應該是單模（TEM00）M2值低于1.3。使用這種類型的Top Hat DOE，USP激光輸入確實會導致整形光斑尺寸發生微小變化（見圖3）。
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渦旋透鏡
也稱為螺旋相位板，渦旋透鏡將高斯輸入剖面轉換成一個donut或者方形能量環。渦旋透鏡的典型應用包括光學捕獲、量子光學和高分辨率顯微鏡。
螺旋相位板是一個獨特的光學元件，其結構是由螺旋或螺旋相位步驟組成，目的是控制傳輸光束的相位。其拓撲電荷，在文獻中表示為m，指的是2π的循環次數（鋸齒）蝕刻衍射表面的360°轉變。
對于m=1的渦旋透鏡元件，VirtualLab仿真顯示不管輸入是一個高斯脈沖或100fs超快脈沖（見圖1），其對DOE的影響很小。對于圓對稱元件，強度沿著環形點分布，使它幾乎不可能探測到任何光斑大小的變化。換句話說，這些變化并不發生在方位平面上，而徑向平面上發生的變化與光斑整形無關。同時，既然這不是一個周期結構，橢率或零階的影響也無關緊要。
衍射錐透鏡
錐透鏡將一束激光轉換成一個環形狀（近場的貝塞爾強度輪廓）。它還將點光源成像成沿光軸的一條線，而且還增加了景深。由于其獨特的性質，衍射錐透鏡應用很廣，如原子陷阱，望遠鏡和激光鉆孔。
類似渦旋透鏡，不論衍射錐透鏡的輸入脈沖是高斯或超短（見圖2），輸出幾乎都沒有變化。VirtualLab仿真和實驗實踐指出渦旋透鏡有著類似結果，并幫助理解了沒有零階衍射以及光斑大小、形狀沒有變化的現象。
Top Hats
Top-hat光束整形器是用來將一束近高斯入射激光光束在一個特定的工作平面轉換到一個均勻性強度（平滑）的圓形，矩形，正方形，線形或其他有銳邊的形狀。典型的應用主要是在激光材料處理，包括激光燒蝕，焊接和激光顯示劃線，香煙過濾器，醫療和醫美。
為了獲得高質量性能的光束整形器，激光輸出應該是單模（TEM00）M2值低于1.3。
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