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通常，可以透過求解近軸波動(dòng)方程來找到雷射的輸出。該方程最廣為人知的解法是理想的單模高斯光束的解法。存在依賴於給定係統(tǒng)對(duì)稱性的其他正交解集。1 它們可用於對(duì)高階光束模式進(jìn)行建模。在這篇Blog中，我們描述了 OpticStudio 中可用於表徵高階雷射光束的模型。定義後，此類光束可以在 OpticStudio 中使用物理光學(xué)傳播設(shè)計(jì)的任何光學(xué)系統(tǒng)中傳播。

當(dāng)作者在澳洲Flinders大學(xué)教導(dǎo)視光學(xué) (Optometry)時(shí)，時(shí)常要求學(xué)生以O(shè)pticStudio建構(gòu)一組特殊的鏡片，達(dá)成夜間、槍械狙擊鏡、辦公環(huán)境或者是孩童友善等各式不同的使用目的。同時(shí)，非球面鏡參數(shù)和影像波前等數(shù)值也被列入評(píng)分的標(biāo)準(zhǔn)。

較寬的帶寬可提供最佳分辨率，而波長(zhǎng)選擇可確定樣品材料中的穿透深度。 在此示例中，我們將使用840 nm中心波長(zhǎng)，60 nm FWHM光源，該光源透過以下方式在空氣中提供5μm的軸向分辨率：這些光譜特性來自Superlum市售的超發(fā)光二極管，它具有生物成像的共同波長(zhǎng)和足夠高的分辨率的帶寬。 我們將忽略準(zhǔn)直光學(xué)，而是從入射光束進(jìn)入干涉儀開始。

在一個(gè)沒有鍍膜的光學(xué)面上，定義一條光線可以非常簡(jiǎn)單：但是，現(xiàn)在讓我們思考另一個(gè)狀況：四分之一波長(zhǎng)厚度的膜層 (我們另外設(shè)定一個(gè)0.25倍波長(zhǎng)厚的物件，位於前述物件表面之上)。如果我們放大來檢視這個(gè)四分之一波長(zhǎng)物件的話，我們會(huì)看到：現(xiàn)在，在這個(gè)圖中，我們有了幾個(gè)疑問：(1) 入射的光線交會(huì)於這個(gè)表面的 “哪裡”？(2) 光線在 “哪裡” 分裂的？(3) “哪一條” 光線是入射光？

體積全像在許多類型的光學(xué)系統(tǒng)中很受歡迎，例如：抬頭顯示器（HUD）、擴(kuò)增實(shí)境（AR）和虛擬實(shí)境（VR）的頭戴型顯示器（HMD）。全像能夠?qū)⒐饩€繞射到任何所需的角度，其波長(zhǎng)和角度的選擇性使其能夠創(chuàng)造更輕、更緊密的光學(xué)系統(tǒng)。OpticStudio長(zhǎng)期以來一直支持理想全像的模擬。然而，為了準(zhǔn)確地說明體積全像的特性，除了考慮繞射光線的傳播方向外，還必須考慮繞射效率、材料收縮或折射率變化等因素。

繞射光學(xué)元件（DOE）和超表面/超穎透鏡在光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中越來越受歡迎，其應(yīng)用範(fàn)圍從手機(jī)鏡頭到AR / VR耳機(jī)，從3D傳感到照明。但是，對(duì)於包含 DOE 或超穎透鏡的系統(tǒng)進(jìn)行模擬和設(shè)計(jì)總是很棘手的。沒有通用的方法可以處理所有情況。設(shè)計(jì)人員需要根據(jù)具體情況決定其系統(tǒng)的策略。

波前的計(jì)算當(dāng)我們說波前時(shí)，事實(shí)上通常是指波前 “差”，或是光程差，指的是同一件事。OpticStudio預(yù)設(shè)使用出瞳作為波前差的計(jì)算參考。因此，當(dāng)我們要計(jì)算一條光線的OPD時(shí)，此光線會(huì)從物面出發(fā)後一路追跡穿過光學(xué)系統(tǒng)，最終到達(dá)像面後，在循原方向後退追跡到 “參考球面”。此參考球面的球心是主光線與像面的交點(diǎn)，半徑是主光線與像面交點(diǎn)到主光線與出瞳面的焦點(diǎn)。