全息光學元件的案例
利用全息光學元件在光纖后產生貝塞爾光束
不同于利用準直透鏡和錐透鏡的傳統方法，我們設計了一個集透鏡和錐透鏡功能于一體的全息光學元件(HOE)。這種光路是在VirtualLab Fusion中內置的。我們檢查了HOE的功能并檢查了HOE背后的光場演變。
建模任務
HOE的功能
HOE后不同位置的場
X-Z截面上的強度分布
走進VirtualLab Fusion
VirtualLab Fusion的工作流程
?通過編程定義定制的HOE功能
?正確地設置傅里葉變換
-傅里葉變換設置 – 案例討論 [用例]
?通過參數運行檢查不同參數的影響
-參數運行文件的使用 [用例]
VirtualLab Fusion技術
文件信息
延伸閱讀
-圓頂錐透鏡產生貝塞爾光束的建模
展開 [VirtualLab] 利用全息光學元件在光纖后產生貝塞爾光束
不同于利用準直透鏡和錐透鏡的傳統方法，我們設計了一個集透鏡和錐透鏡功能于一體的全息光學元件(HOE)。這種光路是在VirtualLab Fusion中內置的。我們檢查了HOE的功能并檢查了HOE背后的光場演變。
建模任務
HOE的功能
HOE后不同位置的場
X-Z截面上的強度分布
走進VirtualLab Fusion
VirtualLab Fusion的工作流程
? 通過編程定義定制的HOE功能
? 正確地設置傅里葉變換
- 傅里葉變換設置 – 案例討論 [用例]
? 通過參數運行檢查不同參數的影響
- 參數運行文件的使用 [用例]
VirtualLab Fusion技術
文件信息
延伸閱讀
- 圓頂錐透鏡產生貝塞爾光束的建模
展開 基于體全息光學元件可聚焦光伏光譜分裂系統的光柵-透鏡
圖2.用于光譜分裂的全息光柵-透鏡CPV幾何結構。原理圖（a）、臺面和室外（可見光范圍）演示原型（分別為b和c）
光柵-透鏡光譜分離結構由位于平凸透鏡的入口孔徑處的平面透射光柵組成。入射光譜的一部分離軸（在15-30°）衍射到透鏡中。未被全息衍射的光在軸上進入透鏡，并在近軸焦點處會聚。衍射光譜分量進入透鏡離軸并且分散在這樣一個表面（對應透鏡的場曲和全息圖的色散特性的表面上）[4]。
光譜分裂系統可以使用具有高光學效率以及良好的反射和透射光譜特性的反射濾波器來實現，如圖1（a）所示。盡管已經展示了具有二向色性[5,6]和全息反射濾波器[7]的系統，但是它們具有以下缺點：
? 反射方法需要至少N-1個N結濾波器[5,6]，增加了系統復雜性，追跡靈敏度降低了可靠性。
? 反射方法需要頻譜分裂濾波器在集中照明下操作，以最小化濾波器的所需面積和成本。
? 二向色濾波器用于聚光結構的性能隨著非垂直入射光束而降低[8]。
使用圖2（a）中所示的光柵-透鏡幾何結構可以避免這些問題，用單個寬帶濾波器進行聚光之前分離光譜，從而減小了濾波器上的入射角和功率密度。此外，大型全息光學元件可以使用廉價的材料制造，例如重鉻酸鹽明膠（DCG）[9,10]和光聚合物[11]。
2. 光譜分裂評價函數
在本節中，定義了評估整個系統及其各個組件的頻譜性能的度量。
2.1 光譜轉換效率
每個能隙的效率用光譜轉換效率（SCE）定義：
（1）
其中有光譜響應（SR）、開路電壓（VOC）和填充因子（FF）（電池參數）[12]。SCE在AM1.5太陽光譜的所有波長上的積分，可得到給定電池總的光-電轉換效率：
（2）
其中ηi*是全光譜（未濾光）照明EAM1.5下的電池的效率[3]。
展開 基于全息技術的平視顯示器：更方便飛行員或駕駛員觀看！
研究人員在美國光學會雜志《Applied Optics》上，展示了一種平視顯示器功能原型，它采用全息光學元件實現的眼動范圍，比沒有全息元件的眼動范圍要大很多。研究人員稱，他們的方案可以在幾年之內轉化為商用產品，也會用于增加顯示面積。
論文的第一作者，Blanche 實驗室的博士生 Colton Bigler 表示：“在傳統的平視顯示器中，增加眼動范圍或者顯示圖像，需要增加投影光學器件、中繼鏡（ relay lenses）以及所有相關光學器件的尺寸，這樣會占據儀表盤過多的空間。而我們使用全息技術，不是依賴傳統的光學器件，而是制造出一種超薄的光學器件，最終可以直接應用到擋風玻璃上。”
技術
激光相互作用，可用于制造全息圖像，防止信用卡偽造。然而，同樣的技術也可以采用光敏材料，來制造透鏡和濾鏡等光學元件。這些全息元件不僅比傳統光學元件要小，而且可以大規模量產，因為它們易于制造。
對于新型平視顯示器來說，全息光學元件可以將光線，從小型圖像重定向到一片玻璃上。光線局限在那里，直到到達另一個全息光學元件中，這個全息光學元件會提取光線。提取出的全息圖像，代表了更大的眼動范圍上的可視圖像，其尺寸比原始圖像要更大。
下圖所示：這種新型平視顯示器使用全息光學元件將圖像注入到玻璃或者波導中（左）。光線進入玻璃并在前后邊緣之間來回反射，直到它到達另外一個全息元件，該全息元件會提取每次反射中少部分離開玻璃的光線（右）。提取出的全息圖像創造出一個可視圖像，每次反射都按比例地增加了圖像的眼動范圍。
（圖片來源： Pierre-Alexandre Blanche / 亞利桑那大學）
價值
Blanche 表示：“我們正在與霍尼韋爾合作開發的用于航空器的顯示器，就像在汽車中使用的那些一樣簡單。我們方案無需昂貴的實驗設備以及開發新材料。
展開 
JDI：新技術實現HMD光學系統輕薄化，有望2026年實現商用
，以下簡稱為“JDI”）在今年五月份于美國召開的“SID Display Week 2022”上，做了有關“采用了偏光激光背光和全息圖（Holographic）光學系統的輕薄型HMD（頭戴式顯示屏，Helmet Mounted Display）”的演講。
JDI依靠新技術將HMD里搭載的光學系統做得更輕薄，從而縮短了LCD圖像顯示和眼睛之間的距離，該技術為HMD的輕量化、薄型化作出了貢獻。此次，針對JDI的技術內容和未來展望，電子Device產業新聞采訪了JDI研發總部材料研發部材料研發第一課的高橋泰哲先生。
研發總部材料研發部材料研發第一課，高橋泰哲先生。（圖片出自：電子Device產業新聞）
Q：2020年，美國Meta公司發布了一款采用了全息光學系統的薄型HMD。該設備采用“Pancake”的光學結構，采用全息光學元件、激光背光LCD，屬全球首例。
高橋：為減輕因長時間佩戴HMD引起的疲勞感和壓力，亟待需要將HMD做得像太陽鏡一樣輕薄。美國Meta公司已經發布解決上述課題的技術。JDI也通過采用偏光激光背光技術和全息光學元件（Holographic Optical Elements，以下簡稱為：“HOE”），解決了“Pancake”光學結構和激光背光組合表現出的光利用率低的問題。
“Pancake”光學結構相當于傳統的光學鏡片（Lens），該方案利用兩片1/4λ波長板、凹面半反鏡（Half Mirror）和凹面狀的反射偏光片等材料控制偏光狀態，從而獲得約3倍的光路長度。利用該系統可縮短從LCD到人眼的光（圖像）的距離。
Q：請介紹以下貴司的技術。
高橋：JDI在2020年發布了一款可提高激光背光LCD光利用率的偏光激光背光。
展開 貝塞爾光束的產生
在第一個例子中，設計了一個全息光學元件（HOE），將光纖的輸出直接轉換成貝塞爾光束；第二個例子研究了軸棱錐圓頭對產生的貝塞爾光束的影響。
用HOE在光纖后面產生貝塞爾光束
我們使用一個HOE結合透鏡和軸棱錐函數從單模光纖的輸出產生貝塞爾光束。
圓端軸產生貝塞爾光束的建模
我們建立了具有圓尖端軸突的貝塞爾光束的產生模型，并研究了尖端的圓度對貝塞爾光束演化的影響。
For more information send a message to: support@infotek.com.cn / support@infocrops.com
Internet: http://www.infotek.com.cn / http://www.honglun-seminary.com
展開 [NEWSLETTER] 貝塞爾光束的產生
在第一個例子中，設計了一個全息光學元件（HOE），將光纖的輸出直接轉換成貝塞爾光束；第二個例子研究了軸棱錐圓頭對產生的貝塞爾光束的影響。
用HOE在光纖后面產生貝塞爾光束
我們使用一個HOE結合透鏡和軸棱錐函數從單模光纖的輸出產生貝塞爾光束。
圓端軸產生貝塞爾光束的建模
我們建立了具有圓尖端軸突的貝塞爾光束的產生模型，并研究了尖端的圓度對貝塞爾光束演化的影響。
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FRED中全息元件的建模
簡單2點HOE：
圖1.兩個結構光與全息表面，每個點都會發出一個球面波，在全息表面形成干涉
指定結構光的位置
圖2.在表面的局部坐標系中給出的坐標。衍射級數是明確的。
圖3.從結構光1追跡光線
為什么光線在結構光＃2處不能完美聚焦？因為入射波通過HOE的玻璃厚度是有畸變的。
圖4.從結構光#2追跡光線
為什么光線在結構光＃2處不能完美聚焦？因為入射波通過HOE的玻璃厚度是有畸變的。
圖5.從結構光#1追跡光線，兩個衍射級次
圖6.添加相位
圖7.多色光線追跡
最初的HOE設計波長為0.5876um，作為一個衍射元件，會出現大量的色差。在本例中，光源包含3個波長：0.486、0.587和0.656 um。
? 一般來說設計者會在ZEMAX和CODE V中設計HOE的結構
? FRED可以讀取CODE V和ZEMAX的光學元件并精確地創建HOE，因此大多數用戶實際上從未手工輸入系數。（Zemax和Codev對HOE的描述不同，但FRED知道如何正確地解釋元件。）
展開 FRED中全息元件的建模
簡單2點HOE：
圖1.兩個結構光與全息表面，每個點都會發出一個球面波，在全息表面形成干涉
指定結構光的位置
圖2.在表面的局部坐標系中給出的坐標。衍射級數是明確的。
圖3.從結構光1追跡光線
為什么光線在結構光＃2處不能完美聚焦？因為入射波通過HOE的玻璃厚度是有畸變的。
圖4.從結構光#2追跡光線
為什么光線在結構光＃2處不能完美聚焦？因為入射波通過HOE的玻璃厚度是有畸變的。
圖5.從結構光#1追跡光線，兩個衍射級次
圖6.添加相位
圖7.多色光線追跡
最初的HOE設計波長為0.5876um，作為一個衍射元件，會出現大量的色差。在本例中，光源包含3個波長：0.486、0.587和0.656 um。
? 一般來說設計者會在ZEMAX和CODE V中設計HOE的結構
? FRED可以讀取CODE V和ZEMAX的光學元件并精確地創建HOE，因此大多數用戶實際上從未手工輸入系數。（Zemax和Codev對HOE的描述不同，但FRED知道如何正確地解釋元件。）
展開 您是否精通光學制造語言？——簡化光學元件制造流程
"人工智能技術正在對光學元件的制造優化流程進行深度革新，例如俄羅斯ITMO大學1和加拿大拉瓦爾大學2目前所做的研究。
"我們應盡可能地使用“制造鏈調制”這一技術，這樣就不會把時間浪費在可以由軟件完成的人際交流上，"費恩勒強調，"這樣就可以將更多的資源用于技術創新與高風險技術探索當中。"
2. “制造鏈調制”的技術勢能
"通過光學制造鏈調制技術，可在光學設計階段就對透鏡進行可制造性驗證，精準預測量產成本并確定關鍵制造路徑。由費恩勒聯合創立的PanDao軟件，正致力于實現從圖紙到成品的制造鏈智能仿真。"
以制造一款用于成像的75mm直徑礦物玻璃非球面彎月透鏡（背面為球面）為例，PanDao軟件測算顯示，在10,000片批量生產條件下，單件成本為69歐元（圖1）。系統推薦采用磁流變拋光技術加工非球面側，使用數控拋光處理球面側。
圖1.75mm直徑非球面彎月透鏡的制造鏈調制流程示意圖（圖片來源：M.Tinner/ PanDao）
費恩勒堅信PanDao等軟件具備與光學設計軟件進行深度互聯的技術潛力。然而，要實現全制造鏈調制的規模化效益仍需攻克多重挑戰。費恩勒表示，目前商業生產鏈的排序和工作量規劃也在進行構建中。
"下一階段將聚焦于調制工藝系統的復雜度與自動化程度。費恩勒指出：“如果下一階段可以實現，那么就能夠在整個光學系統生成鏈中都使用人工智能來進行輔助設計和規劃：從光學設計到制造，最終應用于生產。”
參考文獻：
1. Livshits I.L., Glebovskyi A.S., Protsuto M.V., Volkova S.L.
展開 您是否精通光學制造語言？——簡化光學元件制造流程
"人工智能技術正在對光學元件的制造優化流程進行深度革新，例如俄羅斯ITMO大學1和加拿大拉瓦爾大學2目前所做的研究。
"我們應盡可能地使用“制造鏈調制”這一技術，這樣就不會把時間浪費在可以由軟件完成的人際交流上，"費恩勒強調，"這樣就可以將更多的資源用于技術創新與高風險技術探索當中。"
2. “制造鏈調制”的技術勢能
"通過光學制造鏈調制技術，可在光學設計階段就對透鏡進行可制造性驗證，精準預測量產成本并確定關鍵制造路徑。由費恩勒聯合創立的PanDao軟件，正致力于實現從圖紙到成品的制造鏈智能仿真。"
以制造一款用于成像的75mm直徑礦物玻璃非球面彎月透鏡（背面為球面）為例，PanDao軟件測算顯示，在10,000片批量生產條件下，單件成本為69歐元（圖1）。系統推薦采用磁流變拋光技術加工非球面側，使用數控拋光處理球面側。
圖1.75mm直徑非球面彎月透鏡的制造鏈調制流程示意圖（圖片來源：M.Tinner/ PanDao）
費恩勒堅信PanDao等軟件具備與光學設計軟件進行深度互聯的技術潛力。然而，要實現全制造鏈調制的規模化效益仍需攻克多重挑戰。費恩勒表示，目前商業生產鏈的排序和工作量規劃也在進行構建中。
"下一階段將聚焦于調制工藝系統的復雜度與自動化程度。費恩勒指出：“如果下一階段可以實現，那么就能夠在整個光學系統生成鏈中都使用人工智能來進行輔助設計和規劃：從光學設計到制造，最終應用于生產。”
參考文獻：
1. Livshits I.L., Glebovskyi A.S., Protsuto M.V., Volkova S.L.
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ZEMAX | 如何使用光學制造全息圖修正像差
本文介紹了利用光學全息圖降低單透鏡像差的方法。在描述了表示全息圖構造光束的兩個 ZMX 文件之后，本文演示了如何在重現文件中設置 OFH。然后解釋了如何輕松地從重現文件中訪問任何結構造光束變量，以實現衍射受限單透鏡的設計。(聯系我們獲取文章附件）
簡介
光學全息圖 (OFH) 是OpticStudio中最通用的全息圖模型。這個模型需要使用兩個ZMX文件作為構造光，一個ZMX文件表示全息圖重現文件。本示例所需的三個文件可以在本文的附件中找到。
(聯系我們獲取文章附件）
初始系統
本文所考慮的系統(StartingLens.zmx)由一個簡單的雙凸透鏡組成，工作波長為0.633 nm，像平面位于其近軸焦點處。
從 OPD 光扇圖可以看出，球差是主要的像差：
通過在單透鏡的前表面放置光學全息圖 (OFH)，可將其性能優化至衍射極限。OFH 需要使用三個 ZMX 文件：
放置 OFH 的重現文件
光線 1 的構造文件
光線 2 的構造文件
在這個例子中，重現文件是“ StartingLens.zmx ”，包含放置 OFH 的單透鏡。全息圖構造文件名稱為“ OFHSphericalCorrector_1.zmx ”和“ OFHSphericalCorrector_2.zmx ”。這些 ZMX 文件滿足 OFH 構造文件所需的命名規則（它們的文件名前綴相同，但在末尾附加了“ _1 ”和“ _2 ”的后綴）。
展開 Ansys Zemax | 如何使用光學制造全息圖修正像差
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概要
本文介紹了利用光學全息圖降低單透鏡像差的方法。在描述了表示全息圖構造光束的兩個 ZMX 文件之后，本文演示了如何在重現文件中設置 OFH。然后解釋了如何輕松地從重現文件中訪問任何結構造光束變量，以實現衍射受限單透鏡的設計。
簡介
光學全息圖 (OFH) 是OpticStudio中最通用的全息圖模型。這個模型需要使用兩個ZMX文件作為構造光，一個ZMX文件表示全息圖重現文件。本示例所需的三個文件可以在本文的附件中找到。
初始系統
本文所考慮的系統(StartingLens.zmx)由一個簡單的雙凸透鏡組成，工作波長為0.633 nm，像平面位于其近軸焦點處。
從 OPD 光扇圖可以看出，球差是主要的像差：
通過在單透鏡的前表面放置光學全息圖 (OFH)，可將其性能優化至衍射極限。OFH 需要使用三個 ZMX 文件：
放置 OFH 的重現文件
光線 1 的構造文件
光線 2 的構造文件
在這個例子中，重現文件是“ StartingLens.zmx ”，包含放置 OFH 的單透鏡。全息圖構造文件名稱為“ OFHSphericalCorrector_1.zmx ”和“ OFHSphericalCorrector_2.zmx ”。這些 ZMX 文件滿足 OFH 構造文件所需的命名規則（它們的文件名前綴相同，但在末尾附加了“ _1 ”和“ _2 ”的后綴）。
構造文件
“ OFHSphericalCorrector_1.zmx ”是構造文件 1，只包含一個準直光束入射透鏡。
展開 Ansys Zemax | 如何使用光學制造全息圖修正像差
本文介紹了利用光學全息圖降低單透鏡像差的方法。在介紹了表示全息圖構造光束的兩個 ZMX 文件之后，本文還演示了如何設置以重現示例文件中的 OFH。然后介紹了如何輕松地從重現文件中訪問構造光束的變量，以實現衍射受限單透鏡的設計。（聯系我們獲取文章附件）
簡介
光學全息圖 (OFH) 是 OpticStudio 中最通用的全息圖模型。這個模型需要使用兩個ZMX文件作為構造光，一個 ZMX 文件表示全息圖重現文件。本示例所需的三個文件可以在本文的附件中找到。
初始系統
本文所考慮的系統 (StartingLens.zmx) 由一個簡單的雙凸透鏡組成，工作波長為0.633 nm，像平面位于其近軸焦點處。
從OPD光扇圖可以看出，球差是主要的像差：
通過在單透鏡的前表面放置光學全息圖 (OFH)，可將其性能優化至衍射極限。正如之前發布文章“ 如何在OpticStudio中建模全息圖 ”中所解釋的，OFH 需要使用三個 ZMX 文件：
· 放置 OFH 的重現文件
· 光線 1 的構造文件
· 光線 2 的構造文件
在這個例子中，重現文件是“ StartingLens.zmx ”，包含放置 OFH 的單透鏡。全息圖構造文件名稱為“ OFHSphericalCorrector_1.zmx ”和“ OFHSphericalCorrector_2.zmx ”。這些 ZMX 文件滿足 OFH 構造文件所需的命名規則（它們的文件名前綴相同，但在末尾附加了“ _1 ”和“ _2 ”的后綴）。
展開 全息照相出現像質不佳？OAS波動光學仿真來助力
簡介
全息照相依托光的干涉與衍射原理，以物光與參考光干涉條紋記錄物體振幅、相位全光波信息，可真實還原三維立體影像與空間景深。核心光路包含激光光源、分束器、照明與參考光路及記錄介質，廣泛用于三維顯示、精密計量、無損檢測、光學防偽等領域。本案例基于 OAS 波動光學模塊，完成全息記錄與再現全流程仿真，為系統設計、優化與評估提供專業工程支撐。
案例設置與操作
模型構建
基于 OAS 軟件三維建模與相干光仿真能力搭建全息光路模型，選用高斯相干光源，經分束元件形成物光與參考光支路。
物光經擴束準直照射物體后攜帶信息抵達記錄面，參考光經角度調控與物光形成穩定干涉場。軟件調用標準元件庫與材料數據庫，精準配置膜層、偏振、光敏介質參數，模型幾何結構與光學特性與實際工程裝置高度一致。
探測器設置
在全息記錄平面部署相干場探測器，同步采集振幅、相位、光強與偏振信息，精準捕獲干涉條紋分布。合理設置采樣分辨率與接收視場，覆蓋有效記錄區域，濾除雜散光與系統噪聲。再現階段加載全息圖，以共軛參考光照明，在成像面部署三維場探測器，獲取再現光場空間分布、景深與成像質量等關鍵數據。
分析優化
采用 OAS 光束追跡與傅里葉衍射算法，快速生成全息干涉圖，量化提取條紋對比度、空間頻率、衍射效率等指標。再現階段精準復現物體三維像，還原景深與細節，支持 PSF、MTF、波前誤差等像質評估。依托參數化優化功能，迭代調整光程、角度、功率等參數，修正光路偏差，提升全息圖質量與再現成像清晰度。
總結
本案例通過 OAS 軟件完成全息照相記錄與再現全流程仿真，驗證了軟件在相干干涉、衍射成像與復雜光場分析中的高精度與高效率。
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