利用ZPL计算衍射光学元件(DOE)的表面轮廓

2018-01-25

本文ZPL宏可用于计算旋转对称Kinoform透镜表面(OpticStudio中为Binary2面型)的相位(phase)以及矢高(Sag)。使用者需在运行宏前输入半径(Radius)每隔多长时间重复计算一次,之后宏会计算出每个半径值对应的矢高并给出相应的衍射区域编号(Zonenumber)、步长(StepSize)、每个区域所在的位置半径(ZoneRadius)、每个区域内/外半径矢高(Sagwithinner/outerradius)。除此以外,该宏还会计算出每个区域的轮廓频率(ProfileFrequency,单位为waves/mm)作为生产难易的评估参数。

表面矢高的一般形式如下:


其中C=1/R,R为半径;K为圆锥系数;ρ为径向坐标;A2,4,6,8…为非球面系数。λ为波长;N为透镜折射率;C2,4,6,8…为相位系数。

步长(StepHeight)计算公式如下:


衍射光学元件(DOE)表面轮廓如下,单位为弧度:


其中R为归一化半径。

典型的衍射光学元件轮廓如下:


输入

输入表面编号以及迭代半径间隔就可以计算出表面矢高。如下图所示:


输出

宏会输出区域编号(Zonenumber)、步长(StepSize)、每个区域所在的位置半径(ZoneRadius)、每个区域内/外半径矢高(Sagwithinner/outerradius)以及轮廓频率(ProfileFrequency)。具体结果如下:


接着会输出每个迭代半径值(根据前面输入数据计算所得)以及相应的表面轮廓信息。


宏会计算出相位、相位整数部分以及Phasemodulo1Wave结果,如下图所示:


最后还会画出轮廓频率图(单位Waves/mm),图中描点部分为区域半径(ZoneRadius):


参考文献

RIEDL,MaxJ.,“Diamond-turneddiffractiveopticalelementsfortheinfrared:suggestionsforspecificationstandardizationandmanufacturingremarks”,SPIEVol2540/257

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