利用ZPL计算衍射光学元件（DOE）的表面轮廓

利用ZPL计算衍射光学元件（DOE）的表面轮廓

介绍

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（Zone number）、步长（Step Size）、每个区域所在的位置半径（Zone Radius）、每个区域内/外半径矢高（Sag with inner/outer radius）。除此以外，该宏还会计算出每个区域的轮廓频率（Profile Frequency，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（Step Height）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（Zone number）、步长（Step Size）、每个区域所在的位置半径（Zone Radius）、每个区域内/外半径矢高（Sag with inner/outer radius）以及轮廓频率（Profile Frequency）。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Phase modulo 1 Wave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（Zone Radius）:

参考文献

RIEDL, Max J., “Diamond-turned diffractive optical elements for the infrared: suggestions for specification standardization and manufacturing remarks”, SPIE Vol 2540 / 257