Zemax基础知识7--衍射知识（一）

衍射光学透镜指的是带某种衍射效应的光学元件或光学表面

衍射光学透镜偏折光线，有光焦度和像差

衍射元件通过在整个表面上光栅周期和方向来控制光线，因此可以设计控制光线偏折

一个基础模型：光束的不同级次或者不同波长的角度不同

光栅的追迹：

--光栅可以通过有效相位的方法进行光线追迹的模拟

--忽略了衍射效率，因此zemax不关心光栅的闪耀，100%的光线进入衍射级次

--折射定律如下：M为衍射级次，d为光栅常数、T为光栅周期

二元光学：

在光栅上进行蚀刻，使光栅周期随表面复杂程度而变化

衍射光焦度或OPD可以用来校正像差，尤其是色差

一般不用于大光焦度但可以用来校正像差，制造难度大，可能制造不出来

Zemax的衍射光学分三部分：

--线光栅

--光学全息图制作

--CGH（计算全息）：Radial、Zernike和XY polynomials，自定义光栅表面

衍射在成像中的深度考虑：

--弗朗禾费衍射

--惠更斯-菲涅尔衍射

--成像设计的衍射效应

--衍射成像设计中的空间相干性影响

输出波前和输入波前两点不同：

输出波前是追迹光线通过光学系统到像平面，再反向传播到出瞳位置，对每根光线和主光线光程积分得到的

--输出波前有像差 ，因此并非理想平面。如果有足够自由度，可以使波前变得很平坦

--输出波前受到出瞳的限制，衍射导致不可纠正的模糊，因此"衍射受限" 表示镜头成像质量的极限，即使是几何完美的或者产生一个平坦的波前

惠更斯原理：

波前（波阵面）上的每一个点都可以看成一个次级扰动中心发射球面子波，后面一个适合这些子波的包络面就是新的波前。惠更斯子波来源于同一光源，它们原是想干的，因此光前任意一点的光振动应是波前上所有子波相干叠加的结果

弗朗禾费衍射：

弗朗禾费衍射是惠更斯原理中的特殊情形。成像系统形成的光斑是由在系统的输出瞳中测量得到的波前傅里叶变化给出的。只要看到快速傅里叶变化（FFT）都是弗朗禾费理论。对于圆形瞳孔，生成的图像由贝塞尔函数描述

艾里斑：

如果光学系统的输出瞳是圆的，无像差的，均匀的照明，那么产生的图像强度就具有贝塞尔的形状，这种图案的亮点成为艾里斑

贝塞尔函数：

--中心“亮斑”含84%能量

--第一暗环半径大小为1.22*λ*F/#

--亮暗交替

--第二暗环的径向位置，包含91%的总能量

点扩散函数：

--即使没有几何像差，点不能对应点，而是一个分布

--原理上来说，光斑大小、光迹图都类似点扩散函数（PSF）