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這篇Blog介紹了 OpticStudio 中的原生體積全像模擬功能，該功能可以在考慮其物理特性的情況下，在序列模式下對全像光柵進行全面模擬和分析。在非序列模式下也透過使用 DLL 展示了相同的功能。這些分析對於設(shè)計用於虛擬實境 (VR) 和增強實境 (AR) 的抬頭顯示器 (HUD) 和頭戴型顯示器 (HMD) 等系統(tǒng)非常重要。我們將介紹模型中使用的理論和參數(shù)。

在模擬的過程中，會將入射光因為元件表面鍍膜、反射和吸收而造成的能量損耗納入考量。一般的情況下，OpticStudio可以對大多數(shù)的鍍膜或雙折射材料進行完整的分析。但有時因為分類數(shù)據(jù)報告(Prescription data)不夠齊全，在進行模擬時會需要簡化後的模型。舉例而言，當我們無法得到真實的鍍膜資訊時，OpticStudio中的理想(IDEAL)和表定(TABLE)鍍膜設(shè)定就可以派上用場。

入射光的電場並非用單一個點來描述，相對的，我們會假設(shè)該電場比多重光束干涉發(fā)生的區(qū)域更大許多。在Zemax OpticStudio中，我們使用field係數(shù)來表示這個結(jié)果，這些係數(shù)已經(jīng)被薄膜膜層的程式驗證過許多次。薄膜理論的慣例是計算平面法向量方向上的相位變化，這表示其假設(shè)了一個虛擬的平面波從薄膜最外層一路傳播到基板。

然後我們打開OPD Fan並設(shè)定如下圖，可以看到Py=-1的時候，波前差確實是-0.272387。現(xiàn)在讓我們來驗證看看離軸的視場，例如說我們想看最大的視場3。首先我們清空評價函數(shù)編輯器，然後先暫時把出瞳面的Radius設(shè)回無限大。輸入以下資料到評價函數(shù)中，目的是計算主光線在出瞳面上的位置、角度以及到像面所經(jīng)過的光程。

無窮遠的光線經(jīng)過一個-3.00D的透鏡後發(fā)散，並在半徑1/3公尺遠點球上形成一個虛像，此時遠點球的球心在透鏡後表面的頂點上。我們可以發(fā)現(xiàn)任何角度入射的光線，最後都能順利的經(jīng)過瞳孔。在範例檔案中我們以視場角15°和30°進行印證，但要注意的是其實許多眼鏡的設(shè)計允許配戴者能有50°以上的視角。

設(shè)計流程1.1 相位 -> 微觀結(jié)構(gòu) -> 實驗驗證在此過程中，用戶首先使用光線追跡方法設(shè)計DOE /超穎透鏡所需的相位。然後根據(jù)給定的相位設(shè)計微結(jié)構(gòu)。圖1顯示了該過程的流程圖。該圖表未涵蓋設(shè)計的詳細訊息，例如，微觀結(jié)構(gòu)可以是傳統(tǒng)的閃耀光柵或現(xiàn)代的超穎透鏡。所需的設(shè)計和製造方法可能會有所不同，具體取決於微結(jié)構(gòu)的類型。參考文獻[5]顯示了根據(jù)給定的相位輪廓生成閃耀光柵的範例。

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