“OpticStudio中 體全息衍射光柵功能”

關(guān)注此話題的用戶可能知道從 OpticStudio 21.2 版本（專業(yè)和旗艦永久或訂閱皆可）起，體全息在序列和非序列中都有了對應(yīng)的生面型或者物體。

01?我可以用任何自定義的形狀制作全息圖嗎？

答：目前，基板的形狀支持 Standard (conic sphere) 標(biāo)準(zhǔn)（圓錐、球面），Toroidal (cyinder) 環(huán)形（圓柱體），Extended Polynomial (freeform) 擴(kuò)展多項式（自由曲面），如果需要更多形狀的基板，除了向zemax產(chǎn)品團(tuán)隊發(fā)送功能請求外，獲得它的最快方法是將自己的DLL編為 OpticStudio 的插件。

以非序列為例，下圖展示了三種類似基板的設(shè)置形式：

另一方面，您也可以使用任何用戶自定義孔徑 (user defined aperture) 。例如，用廣可以定義任意妥邊形孔徑，并將其用作全息表面的孔徑形狀，從而間按達(dá)成任意形狀的全息面的目的。

02?假設(shè)和限制

答：Kogelnik的耦合波理論與其他理論相比具有優(yōu)勢，可以準(zhǔn)確預(yù)測體積相位光柵的零階和一階效率的響應(yīng)。然而，當(dāng)厚度較低或折射率調(diào)變 (modulation) 較大時，這種準(zhǔn)確性可能會降低。因此，有必要討論Kogelnik理論的適用范圍，供使用者參考。

• 折射率調(diào)變: 與平均折射率相比，折射率調(diào)變不能太大。

  換句話說，n1/n << 1，這在大多數(shù)實際情況下是正確的。

  一個參考用的經(jīng)驗法則是，對于反射全像，n1/n之比不應(yīng)大于0.16，對于透射全像，n1/n之比不應(yīng)大于0.06。

  [2]

• 厚度: 假設(shè)全像是厚的。經(jīng)驗上，我們是確保以下條件來保證耦合波理論仍然適用:

• 多階繞射: 這與厚度的限制相同。

  對于厚的全像，輸入光線的能量將只轉(zhuǎn)移到直接穿透的0階波或繞射的+1階波上。對于薄的全像，其他繞射階數(shù)的效率可能不為零，如-1 -2 +2 -3 +3 ...。這些額外階數(shù)不在耦合波理論的考慮中。

• 多重光柵 (multiplex): 全像中只能同時存在一組光柵。Kogelnik的方法不允許多于一個光柵重疊在一個區(qū)域。

• 雙折射材料: 全像的材料被認(rèn)為是均向性的。不允許使用雙折射材料。

請注意，這些限制可以通過使用不同的算法來消除。如果您的全像需要破除這些條件，請聯(lián)系Zemax技術(shù)支援部門了解更多訊息。?

03?與其他類型的 Flat Optics 相比，全息圖的主要局限性是什么？

答：與表面浮雕光柵 (SRG） 相比，我猜全息圖更受材料選擇的限制。雖然SRG也僅限于一些常見的材料，但是，SRG 可以是多層的。您可以組合多種材料，并實現(xiàn)所需的一些特殊性能。

04?在設(shè)置全息圖構(gòu)造光時如何定義波前發(fā)散或收斂

答：如果兩個構(gòu)造點對應(yīng)的構(gòu)造光束都是會聚或發(fā)散，則應(yīng)選擇序列模式下的”全息面 1”，或者如果使用其他全息類型的面或?qū)ο髸r，將參數(shù) Holo Type 設(shè)置為 1。

如果其中一束構(gòu)造光是發(fā)散，而另一束為會聚，則應(yīng)選擇序列模式下的"全息面2”，或者如果使用其他全息類型的面或?qū)ο髸r，將參數(shù) Holo Type 設(shè)置為 2。

一個常見的疑問是，當(dāng)Holo Type =1時，為什么會聚或發(fā)散屬于同一面型，或者當(dāng) Holo Type =2時，為什么我們不需要確切地指定哪個是發(fā)散的，哪個是會緊的。原因是基于建構(gòu)系統(tǒng)的互易性，如果互換兩束光的狀態(tài)（會聚或發(fā)散），實際上構(gòu)建的全息圖跟互換前是一致的。

05?這與計算全息圖的過程相同嗎？

答：盡管計算全息圖 （CGH） 名稱中有一個”全息圖"，但它實際上不是由我們的模型假設(shè)的兩個光束干涉制造的。但是，對于位相型 CGH 來說，您可以簡單地采用位相表面來模擬 CGH，例如 Binary 2 或 Zernike 標(biāo)準(zhǔn)相位面。這兩種表面普遍地用于如 CCH 等應(yīng)用的位相板設(shè)計。

06?衍射效率是否考慮了每束衍射光束的功率分布？

答：衍射效率核心僅考慮平面波作為輸入和輸出。如果您有個具有有限尺寸的光束，具有有限發(fā)散角，并且您想在這種情況下準(zhǔn)確地模擬行射效率。此時建議建立一個光源模型，該模型具有角空間中對應(yīng)的發(fā)散角和功率分布。利用該光源所計算出的衍射效率就考慮了原始的光束功率分布。

07?偏振入射光的全息圖模型會發(fā)生什么變化？

答：此模型精確考慮了偏振，也就是電場分量 (Exr, Exi, Eyr, Eyi, Ezr, Ezi)。衍射效率會隨著不同的偏振而變化。在衍射角為 90°時，TM偏振的效率為 0，如下圖。我們的全息模型可以準(zhǔn)確地考慮這一點。