衍射分析
關注創建者：匿名 創建時間：2021-12-28
衍射分析的視頻教程
ZEMAX 成像設計線上培訓
尋找最佳非球面 29 曲率套樣板； 30 鏡頭匹配工具； 09 全局優化； 10 錘形優化； 11 優化函數架構技巧； 12 單透鏡優化實例 31 Zemax 公差分析功能介紹; 32 加工誤差、裝配誤差； 33 靈敏度分析; 34 反靈敏度分析; 13 雙膠合優化實例； 14 熱分析及衍射光學元件的使用; 15 實例設計及分析； 16 MTF
￥1980 11小時14分鐘 184播放
查看
衍射分析的實例教程
TechWiz LCD 3D 的衍射分析功能可以分析和設計衍射光柵。用戶可以通過該功能查看設計器件的衍射強度和衍射角。
衍射圖像分析
增加了衍射圖像分析功能，可以預測相位光柵裝置后面的圖像。 該功能可以將設計的相位光柵器件的性能顯示為圖像，可用于智能窗口應用。
使用 LC 相位光柵模擬的衍射圖像
通過 LC 相位光柵單元后的圖像
TechWiz LCD 3D 的衍射分析功能可以分析和設計衍射光柵。 用戶可以通過該功能查看設計器件的衍射強度和衍射角。
衍射圖像分析
增加了衍射圖像分析功能，可以預測相位光柵裝置后面的圖像。 該功能可以將設計的相位光柵器件的性能顯示為圖像，可用于智能窗口應用。
使用 LC 相位光柵模擬的衍射圖像
通過 LC 相位光柵單元后的圖像
菲涅爾衍射的三維追跡圖
菲涅爾衍射的探測器結果圖
總結
OAS 軟件的模擬，在探測器上清晰呈現出了菲涅爾衍射條紋。分析結果顯示，該衍射條紋具有明顯的近場特征，其明暗分布與光源的半孔徑、波長以及光源到探測器的距離密切相關。由于光源參數和傳播距離的特定設置，衍射條紋呈現出獨特的周期性和強度變化規律。通過對這些條紋特征的深入分析，能夠進一步理解菲涅爾衍射中波前曲率變化對衍射圖樣形成的影響機制，為深入研究菲涅爾衍射的物理本質提供重要依據。
展開 傳統鏡頭分析多依托幾何鏡頭設計等專業工具，而在需要精細化衍射分析的實際場景中，光學仿真需兼顧衍射效應等關鍵物理特性。本次我將以像散轉換器為實操案例，為大家講解如何通過 VirtualLab Fusion 導入鏡頭文件，完成包含衍射分析的光學系統仿真。
圖1. 模式像散轉換器概念圖
如圖1所示，像散轉換器，即Astigmatic Mode Converter，是由一對柱透鏡組成的器件，最早由Allen等人提出，用于將厄米高斯光束轉化為渦旋光束。像散是激光束的一種固有光學特性，表現為光束在 X、Y 兩個正交方向上的聚焦點不重合，而模式像散轉換器通過精密設計的光學結構（如特殊柱面鏡組、相位調制元件、光纖光柵等），可定量調控激光的像散量與像散方向：既能校正激光自身的像散缺陷，也能主動引入可控像散，讓激光束從 “非對稱形態” 轉化為 “對稱形態”，或從單一模式切換為目標模式。如果把激光束比作一條 “水流”，普通激光的像散就像水流在左右和前后方向的流速、寬度不一致，而模式像散轉換器就像一套精密的 “河道整形器”—— 既能把歪歪扭扭的水流調得筆直均勻，也能按需求把水流塑造成特定形狀，讓激光精準匹配后續的使用場景。
利用模式像散轉換器件可以將光纖激光輸出的橢圓光斑（帶固有像散）轉化為圓形高斯光斑，解決高功率激光加工中光斑能量分布不均的問題；它還可以消除超快激光、半導體激光在傳輸過程中產生的像散，保證激光聚焦精度，提升光刻、激光切割的加工質量；利用模式像散轉換器根據需求生成特定像散的激光模式，滿足光通信、量子光學、激光雷達等前沿領域的特殊光路要求。
像散轉換器的核心組件是柱透鏡，它是只有一個方向有曲率，在另一個方向完全平直的鏡片--就像把圓柱形玻璃切了一片，只在 “母線方向” 具備聚焦 / 發散能力，另一方向對光線 “視而不見”。
展開 OpTaliX中的衍射分析包括:
波前像差與視場或波長的關系。
衍射點擴散函數（PSF）
環繞/平方能量
衍射MTF與場，頻率，散焦以及二維函數的關系。
斯特列爾比與視場或波長的關系。
干涉圖分析。
Zernike波前模型。
高斯光束分析
耦合效率分析
衍射點擴展函數（PSF）： PSF是通過FFT根據波前像差計算的。可以增加光瞳中的光線密度以提高PSF的準確性。PSF可以顯示為透視線柵圖，灰度強度圖，偽色圖或“真”色圖。不包含在OpTaliX-LT中。
衍射點擴展函數（PSF）：顯示為灰度強度圖。不包含在OpTaliX-LT中。
衍射MTF：衍射調制傳遞函數（MTF）是通過復光瞳函數（從波前得出）的自相關來計算的。它可以相對于視場（如左圖所示），相對于空間頻率，相對于焦點位置進行計算，也可以在給定的場編號下計算為二維MTF。對于三個空間頻率，始終顯示MTF與視場位置的關系。
不包含在OpTaliX-LT中。
衍射MTF：如上圖所示，繪制了所有指定場的衍射MTF與空間頻率的關系。
不包含在OpTaliX-LT中。
波前：繪制波前像差與視場或波長的關系圖。漸暈也可以正確復制。
不包含在OpTaliX-LT中。
斯特列爾比：繪制斯特列爾比對場或波長。左側的參數圖顯示了典型復消色差折射透鏡的斯特列爾比與波長的關系，每條曲線代表一個單獨的場點。藍色曲線在軸上，而紅色曲線在0.5 o的半場對角線上。
展開 
衍射分析的相關專題、標簽、搜索
衍射分析的最新內容
仿真可幫助設計人員分析由衍射光學元件調制時的場分布、遠場方向圖和波前變化。
Ansys Lumerical套件、Ansys Speos軟件和Ansys Zemax OpticStudio軟件都可以對衍射光學元件進行仿真。在Lumerical套件中，可以使用FDTD和RCWA求解器對單個組件進行設計，而在OpticStudio軟件中，可以對DOE的性能進行分析。
用于像差校正的混合透鏡設計19天前
在這個例子中，研究了不同波長的軸上和離軸光束的傳播和相應的色度效應
為了準確地建模和設計這種混合元件，有必要對系統的衍射效應進行深入分析。VirtualLab Fusion的快速物理光學傳播技術允許對典型透鏡進行精確建模，并計算不同級衍射透鏡的衍射效率。
開啟偏振分析、衍射效率計算、足跡分析及 PSF/MTF 評估功能，精準捕捉光束耦入、波導內全反射、擴瞳及耦出全過程的光場分布、能量衰減與像質變化，保障仿真數據的客觀性與針對性，為系統性能量化評估提供穩定可靠的檢測基礎。
190
6.1 干涉儀模擬仿真 190
6.1.1 使用相干光的馬赫-澤德干涉儀 190
6.1.2 白光邁克爾遜干涉儀 202
6.1.3 F-P干涉儀 220
6.2 顯微鏡模擬仿真 228
6.2.1 高數值孔徑顯微鏡模擬仿真及研究 228
6.3 單色儀和光譜儀模擬仿真 239
6.3.1 切爾尼-特納單色儀—衍射效率分析
利用VirtualLab Fusion的光柵套裝工具，可以十分方便地對光柵的衍射級次進行分析。
圖6. 不同衍射級次光斑和相位分布
總結
本案例完整展示了利用二維叉形光柵高效生成渦旋光陣列的仿真設計與分析方法，為渦旋光束的靈活調控與應用研究提供了切實可行的技術方案。
在 NSC 方向，推出 NSC Stop物體、快速對焦、序列組合、原生 NSC 點列圖 及高速 .nseq 格式，全面提升成像、雜散光與衍射系統的分析體驗。偏振方向引入 Mueller Matrix 面/對象、增強 Jones Matrix 離軸情況仿真能力，提供更加精確與實用的偏振設計能力。
與普通衍射光學元件不同，AR-EPE 需結合波導系統的光柵耦合設計，依托 OpticStudio 軟件并結合 RCWA 算法、k 空間規劃法進行建模，通過動態鏈接 DLL 實現光柵模型與光學系統的集成，結合光線追跡與衍射效應分析，平衡模擬的真實性與 AR 系統設計效率。
傳統鏡頭分析多依托幾何鏡頭設計等專業工具，而在需要精細化衍射分析的實際場景中，光學仿真需兼顧衍射效應等關鍵物理特性。本次我將以像散轉換器為實操案例，為大家講解如何通過 VirtualLab Fusion 導入鏡頭文件，完成包含衍射分析的光學系統仿真。
圖1.
摘要
非傍軸衍射光束分束器的直接設計仍然是一個挑戰。由于衍射角度相當大，元件的特征尺寸與光的波長相近。因此，通常使用的傍軸建模方法變得不準確，需要嚴格的技術。因此，在這個例子中，迭代傅里葉變換算法（IFTA）和薄元件近似（TEA）被用于衍射光學元件（DOE）的初步設計，并且之后使用傅里葉模式方法（FMM）也稱為嚴格耦合波分析（RCWA）進行嚴格的性能評估，包括在高度變化的情況下對優點函數變化的研究
為了精確地建模和設計這種混合元件，有必要通過系統對衍射效應進行深入分析。這包括評估實際結構的衍射效率與點擴散函數(PSF)的快速精確計算相結合。VirtualLab Fusion在單一平臺上高度靈活的可互操作建模技術方法是實現經典透鏡精確快速建模和衍射透鏡不同級次衍射效率計算的關鍵。
為了說明該軟件在這方面的能力，在實例中分析了所設計混合透鏡的近場和遠場視圖。
