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本文以矢量偏振光束通過高數(shù)值孔徑物鏡的衍射為例，基于矢量衍射理論和MATLAB模擬仿真展示偏振態(tài)對光場傳播過程和聚焦光場的影響。首先根據(jù)矢量衍射理論推導了聚焦場分布積分表示；然后借助MATLAB仿真給出了矢量偏振光束入射情況下聚焦光場分布；最后通過與常見的線偏振光和圓偏振光對比，對矢量偏振光束聚焦場分布進行了分析和總結(jié)。

5.運行“4 光學力處理與繪圖”，計算特定平面的場強、相位以及光學力、勢阱分布 6.最后，計算添加顆粒后的場強分布，運行腳本“5 添加顆粒后場強分布” 三、總結(jié)本設(shè)計基于MATLAB、FDTD腳本完成了對矢量圓艾里光束設(shè)計、仿真、光學力計算的全流程編碼、建模，得到的光場雨預(yù)期符合，光學力分析與光場情況抑制，實現(xiàn)了較為完善的模擬研究。

摘要：渦旋光束因攜帶軌道角動量(OAM)在光通信、量子信息及超分辨顯微等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用，但其傳統(tǒng)生成方法依賴體光學元件，存在體積大、效率低等問題。基于超表面的渦旋超透鏡通過亞波長結(jié)構(gòu)實現(xiàn)波前相位調(diào)控，兼具緊湊性與高性能優(yōu)勢。本文基于Lumerical FDTD仿真平臺，設(shè)計了一種高效生成拓撲電荷數(shù)可調(diào)的渦旋超透鏡。

如何將光聚焦到一個越來越小的光斑上，是光學領(lǐng)域中一直存在的問題，特別是最近，已發(fā)展出各種旨在深聚焦光的方法。研究高數(shù)值孔徑條件下的光聚焦通常需要全矢量電磁仿真技術(shù)。我們使用VirtualLab Fusion軟件演示了不同偏振態(tài)(如徑向)和孔徑形狀(如環(huán)形)對聚焦區(qū)域電磁場的影響，這種分析既可以用理想透鏡，也可以用具有明確結(jié)構(gòu)和材料信息的真實透鏡進行。

尤其對準直光學系統(tǒng)在孔徑處的光束切趾的影響進行了研究? BDS.0002和BDS.0003 探究的是光的聚焦。2. 參數(shù)：非準直入射激光束3. 參數(shù)：準直物鏡概述應(yīng)用示例詳細內(nèi)容 仿真&結(jié)果 1. 光線追擊仿真起始點2. 光線追跡：激光束仿真3. 利用光線追跡進行第一次系統(tǒng)評估4.

改進：由光線追跡到場追跡 ? 因為存在衍射效應(yīng)，基于幾何光學的仿真不能夠?qū)?em>光實際的分布進行評價，。? 在焦點區(qū)域內(nèi)的情況? 場追跡仿真可以考慮所有的波動光學效應(yīng)。 因此，你可以利用場追跡仿真檢查和改進你的光線追跡設(shè)計。 8.

本例是基于由Thompson和Wolf[1]描述的設(shè)置，如圖11所示。一個擴展的非相干的光源 ，通過一個透鏡 成像，聚焦到一個小孔 上。由 產(chǎn)生的光經(jīng)過 準直和 聚焦到平面F上。含有兩個小孔 和 的不透明的屏A位于 和 之間。孔徑可以是任意的尺寸和形狀，可以放置在平面A上的任何位置。

用消球差透鏡對各種偏振光束進行深聚焦 如何將光聚焦到一個越來越小的光斑上，是光學領(lǐng)域中一直存在的問題，特別是最近，已發(fā)展出各種旨在深聚焦光的方法。研究高數(shù)值孔徑條件下的光聚焦通常需要全矢量電磁仿真技術(shù)。

尤其對準直光學系統(tǒng)在孔徑處的光束切趾的影響進行了研究?BDS.0002和BDS.0003 探究的是光的聚焦。

網(wǎng)格化的瓊斯光瞳獲取方法示意圖5.局部與全局坐標系的變換二維矢量成像模型假設(shè)入瞳面和出瞳面之間各級衍射光的傳播方向與光軸平行，若光軸方向為z軸，瓊斯光瞳建立在與z軸垂直的i?j坐標系。準確仿真像面成像結(jié)果需要出瞳面處x?y?z坐標系下的三維偏振矢量，所以二維矢量成像模型在出瞳面處將偏振態(tài)從二維i?j坐標系轉(zhuǎn)換到三維x?y?z坐標系。

分析高NA物鏡聚焦 高NA物鏡廣泛應(yīng)用于光刻、顯微等領(lǐng)域。在對這種聚焦系統(tǒng)的仿真中，考慮光的矢量特性是非常重要的。

因此，如何突破高斯光束的焦深-分辨率制約關(guān)系，實現(xiàn)長焦深且高分辨率的光場調(diào)控，成為光學領(lǐng)域的重要研究方向。建模任務(wù)在這個案例中為大家介紹基于HOE的貝塞爾光束產(chǎn)生。如圖1所示為基于HOE的貝塞爾光束產(chǎn)生的裝置。在這個案例中光源為單模光纖輸出的高斯光源，波長1064nm，束寬為3.3μm.

?應(yīng)用參數(shù)優(yōu)化文件自動執(zhí)行具有可變曲率半徑的迭代仿真，直至獲得最小的聚焦點。?由于整體設(shè)置的第一部分不變，我們直接將計算所得的光分布放在雙合透鏡前作為起始點。?為評價聚焦光斑，在目標焦平面處放置光束尺寸或光束參數(shù)探測器。 2.光線追跡：預(yù)優(yōu)化 ?光線追跡仿真具有速度快的優(yōu)點。

這有點類似MATLAB中的函數(shù)封裝，你不必知道這個盒子里面有什么東西，你總是可以把它當作一個線性系統(tǒng)，輸入一個參數(shù)，從而得到另外一個參數(shù)。在實際的仿真過程中，對于復(fù)雜系統(tǒng)，這么做是十分方便的。圖6. 將兩個CL合成為一個Lens System利用光線追跡引擎可以對柱透鏡組進行光線追跡分析，從圖7可以看到在一個面上沒有聚焦效果，在兩一個面則具有聚焦效果。圖7.

激光二極管準直鏡案例分析簡介激光二極管因發(fā)射面物理尺寸限制，輸出光束發(fā)散角較大，嚴重制約其在激光測距、光通信等需遠距離傳輸或精確聚焦場景的應(yīng)用。本項目旨在通過 OAS 光學軟件構(gòu)建仿真模型，設(shè)計一款適配 0.635μm 波長的準直鏡系統(tǒng)，將發(fā)散光束轉(zhuǎn)換為平行光束，核心指標為降低遠場發(fā)散角以提升光束準直性，為后續(xù)工業(yè)應(yīng)用提供光學設(shè)計依據(jù)。

2)光路傳輸控制裝置。該裝置主要包括光快門、光衰減器、擴束器、反光鏡、分束鏡等，用于調(diào)節(jié)光束功率、光束截面的大小，聚焦及光束通斷。3)光路掃描系統(tǒng)。激光聚焦點相對工件臺的掃描方式有兩種，一種是聚焦點不動，三維位移臺帶動光刻膠樣品移動，該系統(tǒng)的缺點是三維運動臺的掃描速度慢，啟停響應(yīng)慢；另一種是由二維XY方向掃描振鏡和一維Z向位移臺組合而成的掃描系統(tǒng)，具有掃描速度高和動態(tài)響應(yīng)快的優(yōu)點，打印效率較高。

但是，對於這種類型的DOE，光線追跡引擎將無法正常工作。垂直入射到DOE上的光線不會改變其方向，因為表面沒有傾斜。但是，垂直入射的光束可以用適當設(shè)計的菲涅耳波帶片聚焦。此效果應(yīng)由OpticStudio中的POP處理。如圖3所示，在該系統(tǒng)中，準直光束入射在玻璃板上。在玻璃板的背面，已使用菲涅耳波帶片表面類型創(chuàng)建了同心二元結(jié)構(gòu)。

但當數(shù)值孔徑不斷增大，光線入射角顯著提升，縱向場分量增強，偏振與矢量效應(yīng)變得不可忽略，傳統(tǒng)方法往往會低估焦斑結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。例如，在高NA聚焦條件下，不同偏振態(tài)會導致焦平面能量分布明顯變化，甚至影響主瓣尺寸和旁瓣對比度。此時，采用更嚴格的矢量傳播模型就顯得非常必要。建模任務(wù)：如圖1所示為高NA系統(tǒng)，入射光為266.08mm的平面波，光束直徑3mm，x偏振。

SNR是通過測量聚焦效率來表征，聚焦效率被確定為聚焦在超透鏡的焦平面處入射功率的占比。 圖2 超透鏡的PSF測量的光學設(shè)置示例偏轉(zhuǎn)特性：超表面其中一個應(yīng)用是光束偏轉(zhuǎn)。該器件可以將光偏轉(zhuǎn)到任何所需的角度。它的特性通常包括確定偏轉(zhuǎn)角以及偏轉(zhuǎn)效率。后者被定義為所需階次的功率與其他階次的總發(fā)射功率之間的比率。兩種方法可用于實驗表征，即直接測量和k空間測量。

我們還知道元件的零級衍射（光通過DOE非衍射的部分）與波長相關(guān)，這意味著使用非標稱波長時其值會按同一比例增加，因此在使用USP時，可以看到明顯的零級衍射。 使用VirtualLab仿真，研究了USP對各種DOE的影響。對于每種DOE，可以對包括高斯光源（單一波長或光譜），DOE，消色差聚焦透鏡和焦平面處用于觀察結(jié)果的虛擬屏幕等進行光學設(shè)置。