Zernike相位建模
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-04
Zernike相位建模的實例教程
本文介紹如何使用Zernike標準下垂表面對全反射系統進行建模。全反射系統是一種特殊情況，其中Zernike凹陷表面可用于模擬給定場點的所有波長下的性能。使用Zernike凹陷表面代替Zernike相位，因為衍射功率與波長變化時的反射功率不同。一個相位波是任何波長的一個波，但0.5微米處的一個下垂波在1.0微米處只有半個波。(聯系我們獲取文章附件)
介紹
這是“如何使用Zernike系數對黑盒光學系統進行建模”的姊妹篇。兩篇文章可一起閱讀。
Zernike數據表示光學系統在特定場和波長下的性能測量。因為關于玻璃、曲率半徑、非球面系數等的信息。不是 Zernike 數據的一部分，無法將 Zernike 數據縮放到不同的場或波長。
如果您使用的是全反射設計，則可以使用Zernike標準凹陷表面來描述給定視場下所有波長的光學系統像差，因為全反射系統不會遭受色差。
約洛望遠鏡示例
例如，考慮類似Yolo望遠鏡的：
這個沒有遮擋的望遠鏡產生這樣的波前：
現在，要使用 Zernike 下垂曲面制作等效系統，我們只需要出口瞳孔位置和直徑，如上一篇文章所示。此數據是：
出瞳直徑 = 701.681 mm 出瞳位置 = 9484.22 mm
仍然遵循上一篇文章，可以產生如下一階等效系統：
其中，系統的入射瞳孔直徑設置為原始Yolo的出射瞳孔直徑，近軸透鏡的焦距設置為與出射瞳孔位置相同的值。這為我們提供了一個與原始參考球體半徑相同的一階系統。
然后，我們以下垂為單位導出 Zernike 數據。執行此操作的宏類似于原始文章中提供的宏，但添加了額外的縮放因子：
SUB get_scale
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與此同時，它們還可以對如何組合波前以形成特定圖樣進行建模。
? 折超混合系統設計，適配輕量化成像需求
軟件的折超混合設計模塊支持傳統折射光學元件與超表面元件的混合建模與優化，為超薄成像系統提供靈活的設計方案。
由于很難使用 Zernike 項來模擬所有這些類型的表面形狀變化，因此確定表面誤差如何影響整體系統級性能的最佳方法是在 OpticStudio 中將測得的干涉儀數據直接鏈接到光學表面。
由于很難使用 Zernike 項來模擬所有這些類型的表面形狀變化，因此確定表面誤差如何影響整體系統級性能的最佳方法是在 OpticStudio 中將測得的干涉儀數據直接鏈接到光學表面。在本文中，我們將演示如何根據表面形狀和方向將干涉測量數據導入 OpticStudio。
圖1. 532nm激光3×3分束DOE建模任務
第二步，把相位圖導進來。
然后把關鍵參數設好：高斯光源束腰半徑設為 4 mm 波長設為 532 nm 探測器和 Data-Defined Transimission(CF-TRAN01) 的距離設為 200 mm。這一步雖然簡單，但絕對不能馬虎。
對具有平滑相位的光場進行評估并逐點的轉換到目標域。主要用于處理強波前相位。不考慮衍射。
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半解析傅里葉變換（Semi-Analytical Fourier Transform，Semi-FT）：嚴格的傅里葉變換方法。除了可以處理光場的橫向偏移以及線性相位，也可以解析的處理二次相位項。當二次相項比較明顯時，其具有明顯的數值優勢。
采用 FDTD 軟件完成建模，設置六個偏振方向不同的線偏振高斯光源，分別對應照射六組金屬狹縫，搭建完整的仿真測試體系。
圖1 FDTD軟件中的建模效果圖
研究設置三組仿真工況：Case1 中所有光源初始相位為 0，生成標準六邊形光學斯格明子，呈現典型的奈爾型電場、布洛赫型磁場分布。
衍射透鏡元件25天前
理想光柵函數是由衍射階數、各階次衍射和衍射透鏡的波前相位響應決定的。它的工作不提供關于透鏡(理想衍射透鏡)的實際形狀的信息。
更多的信息：
Local Linear Grating Approximation (LLGA) Idealized Grating Functions
3. 用理想光柵函數建模了LPW與局部線性光柵的相互作用。
GLAD應用：部分相干光模擬26天前
（2）利用Van-Citter-Zernike定理使擴展光源發出的非相干光成為部分相干光。（3）將一些互不相干的激光本征模疊加來產生部分相干光束。
一個理想的單色點光源發射的光是完全相干光。但實際物理光源不是點源，總是具有一定的空間尺度并包含眾多輻射單元，其發出的光也非嚴格的單色光,其光譜具有一定寬度，這種光即部分相干光。
圖1 伽利略型非球面透鏡組整形系統
圖2 實驗裝置
（2）雙折射透鏡組
雙折射透鏡組利用晶體的偏振特性，通過相位差控制實現光束均勻化，其核心設計在于瓊斯矩陣的光學傳輸建模與曲率半徑優化。
