強(qiáng)大、高效的衍射分析工具

無論你設(shè)計的是哪種光學(xué)系統(tǒng)——激光、微透鏡陣列、自由空間光子器件、CCD，或者一些天文應(yīng)用——CODE V的光束合成傳播工具(BSP)比任何其他商業(yè)工具更準(zhǔn)確和高效地進(jìn)行光束傳播分析。

BSP基于光束波動傳播算法可提供極其精確的可考慮光束通過整個透鏡系統(tǒng)的衍射傳播模型。在常規(guī)的基于FFT的衍射計算精度較低或完全失敗的情況下，BSP可以很好地工作。它可以傳播標(biāo)量場或矢量場，并且可通過任何可進(jìn)行光線追跡的對象，如GRIN材料，雙折射材料，和非序列表面。

圖1：BSP支持全矢量場傳播。這張圖顯示了里奇-克萊琴望遠(yuǎn)鏡的線偏振光Z分量的焦平面強(qiáng)度。

光學(xué)研究協(xié)會最初為NASA開發(fā)了BSP，以解決類地行星探測任務(wù)中嚴(yán)格的精度挑戰(zhàn)。BSP能夠精確地模擬太陽的輻射強(qiáng)度，將太陽系外一顆非常暗淡的類地行星與周圍的恒星區(qū)分開來，從而滿足了任務(wù)要求。

BSP提供了：

• 一種先進(jìn)的算法。BSP可使用更少的光束給出更準(zhǔn)確、更高效的結(jié)果。

• 前所未有的易用性。

• 在系統(tǒng)中靈活的定義詳細(xì)的光束傳播參數(shù)。

• 用于驗證和顯示結(jié)果的各種輸出類型。

• 廣泛的適用性。

• 完全集成于CODE V。

• 模擬中頻誤差的能力。

先進(jìn)的基于光束的算法

BSP采用基于光束衍射傳播算法來模擬光在整個光學(xué)系統(tǒng)中的波動特性。入射光束可以是一個變跡的球面波、平面波或高斯光束。BSP包括孔徑裁剪、光波斷開連接(例如，慢光束)，中間像結(jié)構(gòu)和鏡頭像差等因素引起的衍射效應(yīng)。它比使用出瞳衍射計算或基于FFT或角譜方法的光束傳播具有更高的精度。

圖2：上圖為一條細(xì)光束，它由基光線和初始定位于基光線的場組成。

BSP將光場近似為單光束的集合。單光束由基光線和初始定位于基光線的場組成。基光線為每個光束定義了參考位置和方向。

由于波方程是線性的，這些光束是獨立傳播的，可以在其后任意位置求和得到傳播光場。這種方法可以將光束傳播到任何可以被光線追跡的地方。

BSP基于光束算法的獨特之處在于它比其他基于光束的方法傳播更少的光束，同時獲得更準(zhǔn)確的結(jié)果。

圖3：一種理想的圓形孔徑裁剪系統(tǒng)的遠(yuǎn)場比較。這張圖顯示，BSP的方法使用了2581根光束比使用了4927根光束的傳統(tǒng)方法在25環(huán)上獲得了更好的精度。

光束傳播前所未有的易用性

BSP最顯著的優(yōu)點之一是它的預(yù)分析功能，幫助非專業(yè)的波束傳播設(shè)計用戶獲得專家級的結(jié)果。為任意的光束傳播分析確定合適的輸入是具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。預(yù)分析功能通過為用戶鏡頭系統(tǒng)推薦定制的分析輸入來解決這個問題。這有助于確保結(jié)果的準(zhǔn)確性并節(jié)省無數(shù)花在設(shè)置上的時間。

預(yù)分析首先通過使用測試光束的子集對系統(tǒng)執(zhí)行快速掃描。然后根據(jù)結(jié)果，它為各種設(shè)置提供建議，包括輸入場的采樣、輸出網(wǎng)格的位置、重新采樣表面和檢查剪裁表面。預(yù)分析還將根據(jù)這些建議的設(shè)置估計光束傳播分析的執(zhí)行運行時間。

圖4：BSP的預(yù)分析功能，為用戶的鏡頭系統(tǒng)建議定制化分析參數(shù)。

在系統(tǒng)中靈活的定義詳細(xì)的光束傳播參數(shù)

雖然預(yù)分析功能使BSP只需要很少的輸入，并易于使用，但是高級用戶實際上可以靈活地控制傳播過程的各個方面、閾值、以及參數(shù)，也包括預(yù)分析的建議。控制措施包括:

• 多色分析

• 傳輸變化檢查

• 剪裁檢查保真度

• 計算精度

用戶也可以選擇在命令行里運行BSP或者在圖形化用戶界面運行。

圖5：BSP為高級用戶提供了對所有傳播參數(shù)的完全控制，也包括預(yù)分析建議。

用于驗證和顯示結(jié)果的各種輸出類型

BSP提供文本和圖形輸出，幫助用戶輕松地顯示和理解結(jié)果。輸出可以描述在不同表面與場相關(guān)的各種量，包括振幅、相位、強(qiáng)度和輻照度。從光束腳印圖到橫截面切片圖和高斯光束表，用戶有許多用于分析數(shù)據(jù)的選項。

圖6：BSP光束腳印診斷圖為設(shè)計人員提供了一種簡單的、直觀的方法來評估BSP光束在光學(xué)系統(tǒng)的任何表面上的大小和方向。

為系統(tǒng)提供廣泛適用性

具有散光光束，偏振輸入光場，低f值(如微光刻透鏡)，或不連續(xù)光瞳的系統(tǒng)都可以用BSP進(jìn)行精確分析。該特性也適用于近場衍射分析和在焦點附近對振幅或相位進(jìn)行修改的光學(xué)系統(tǒng)，如光柵、相位板或空間濾波器。

BSP支持多種波長和偏振，因此可以精確地分析具有散射材料、金屬表面和多涂層，以及分束器和偏振器的系統(tǒng)。

圖7：用BSP精確的模擬偏振效應(yīng)，如圖所示，此系統(tǒng)包含線性偏振器。

完全集成于CODE V

BSP完全完全集成于CODE V，提供最全面的光學(xué)設(shè)計和分析環(huán)境。例如，BSP的復(fù)雜場輸出可以用來計算光纖耦合效率，包括偏振相關(guān)的損耗。

模擬中頻誤差效應(yīng)

CODE V支持模擬真實世界中頻表面誤差對光學(xué)表面的影響。這種誤差通常出現(xiàn)在使用金剛石車削或高端拋光方法加工的表面。

可以通過指定功率譜密度(PSD)的參數(shù)來描述器件表面誤差，然后使用BSP來預(yù)測由于中空頻表面誤差導(dǎo)致的衍射圖像退化，如下面的BSP顏色圖所示。

總結(jié)

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