物理光学传播(Physical Optics Propagation)


该功能经过光学系统传播任意相干光束。对于这一功能的完整描述,请参见"关于物理光学传播(About Physical Optics Propagation)"
对于包含非序列模式组的系统,物理光学传播功能结果通常不准确,详情见"通过非序列模式表面传播(Propagating Through Non-sequential Surfaces)"。为了得到最精确的结果,可将非序列元件组替换为等价的序列元件组。

常规选项卡(General Tab)
起始面(Start Surface) 初始光束的起始表面。光束将在起始面之前的光学空间中开始传播。
入瞳可用作起始面。如果系统是物方空间远心系统,即便选择入瞳,也会将表面1用作起始面。
起始面不能是Zemax黑盒表面。
终止面(End Surface) 结束传播的表面。光束将在进入终止面的光学空间后结束传播。
起始面不能是Zemax黑盒表面。
波长(Wavelength) 用于光束的波长数。
视场(Field) 用于对准初始光束的主光线视场数。
表面到光束(Surf to Beam) 从起始面到起始光束位置的距离,单位为镜头单位。如果光束从表面左侧开始,则该值为负。
使用偏振(Use Polarization) 如果选中,将传播两个光束阵列,X偏振和Y偏振各一个。如果初始光束由一个.ZBF文件定义,则偏振详情将始终基于文件中保存的信息设置。如果在" 偏振(系统选项)"下的系统选项(System Explorer)中选择"非偏振"并勾选"使用偏振",则不仅会传播两束正交偏振的光束,而且还会对输出进行平均化。这两束光束不能相干求和,因此输出的任何复杂视场数据都(例如实部、虚部或相位数据)将设置为零。
分离X、Y(Separate X, Y) 如果选中,将会独立传播X方向和Y方向。如果光束为像散或者光学设备为圆柱形或Toroidal,这可提高采样效率。见"X和Y方向分开传播(Separation of X and Y Propagation)"。注意,计算非对称光束M2值时,必须勾选该选项。参见"光束宽度和M的平方"。
使用磁盘保存内存(Use Disk Storage To Save Memory) 参见用于讨论的"内存需求(Memory Requirements)"。

光束定义选项卡(Beam Definition Tab)
X-、Y-采样(X- Y- Sampling) 用于光束采样的点数。
X-、Y-宽度(X- Y- Width) 由阵列表示的初始区域宽度,单位为镜头单位。参见下方的Auto。
自动(Auto) 按下该按钮,将计算最佳的X-、Y-宽度值,以便在瑞利范围内外的光束间保持数量大致相同的像素。参见"关于点间距和采样的注释(Comments about Point Spacing and Sampling)"。
类型(Type) 参见详述和"定义初始光束(Defining the initial beam)"。
文件(File) 参见详述和"定义初始光束"。
峰值照度(Peak Irradiance) 初始光束的峰值照度,以单位面积的功率表示。可以与总功率互换。
总功率(Total Power) 初始光束的总功率。可以与峰值照度互换。
从文件读取功率(Read power from file) 如果光束类型是文件,则按下该按钮会读取选中文件的功率和峰值照度。
参数(Parameters) 不同初始光束类型需要不同的参数来定义分布。这些参数名称和参数值将随光束类型的设置而改变。详细信息见"定义初始光束"。

显示选项卡(Display Tab)
显示为(Show As) 选择表面、等高线、伪彩、灰阶、截面、圈入、方形或分裂显示。注意,圈入能量是半径的函数,方形和分裂宽度为半宽。
行/列(Row/Column) 如果为"显示为"选择了截面,则该控件将选择要查看的行或列。
数据(Data) 选择照度(单位面积的光束功率)、传递函数强度或传递函数相位。Ex和Ey分别表示光束的X-和Y-偏振分量。传递函数值仅为最后一个表面的传递强度和相位,主要用于调试和分析POP结果。对于相位数据设置,即便在光束能量仅在Y方向时的情况下,"相位"也总是Ex相位。
数据可以显示为图形,也可以显示为文本。 请选择分析图最下面的"图形"或"文本"选项卡来更改视图。 除"图形"或"文本"输出之外,还有传播报告(Prop Report) 。传播报告列举了各项不同数据,涉及所使用的传播算法参数、传播结果的方向矩阵,以及表明是否在结果中检测到潜在错误的警告。
缩放(Scale) 选择数据线性或对数缩放。对数缩放仅应用于有关图形(非文本)显示的照度数据。
投影(Project) 光束可从以下任一角度观察:沿光束(这是沿着引导光束使用的主光线的)、沿法线或沿表面的局部Z方向。注意,ZBF光束文件数据总是"沿光束"。参见以下关于光束投影的注释。
将输出光束保存至(Save Output Beam To) 如果选中而且提供了文件名,光束在最后一个表面的复振幅就会写入一个文件中。该文件可使用光束类型控制按照起始光束读回。OpticStudio会将扩展名"ZBF"添加至所提供的文件名中。ZBF文件保存在<pop>文件夹下(参阅"文件夹(Folders)")。
保存所有表面的光束(Save Beam At All Surfaces) 如果选中,光束文件将保存在从起始面到终止面(使用物理光学传播器)的每个表面上。此外,还必须检查将输出光束保存至(Save Output Beam To)"选项并提供文件名。各个表面的光束文件将根据所提供的文件名命名,后缀为表面编号。
如果在"常规选项卡" 中选择了"使用偏振",而输入光束为非偏振(例如,在"系统选项偏振(系统选项)"输入中没有提供特定的偏振态),则会针对两个正交光束的每个光束提供单个表面光束文件,这两个正交光束将传播,用于建模非偏振光束。为了区别这两个光束,还将为文件名增加额外的后缀。
例如,如果输出文件名是"MyBeamData.ZBF",假如没有选择"使用偏振",或者在系统选项中选择了"使用偏振"但未指定输入偏振态,则第12个表面的光束文件名为"MyBeamData_0012.ZBF"。如果选择"使用偏振",并且在系统选项中没有指定具体偏振态,则在上述案例中将会基于第12个表面生成两个光束文件,分别命名为"MyBeamData_0012_1.ZBF"和"MyBeamData_0012_2.ZBF"。ZBF文件保存在<pop>文件夹中(参见文件夹(Folders))。
零相位照度阈值(Zero Phase For Relative Irradiance Below) 照度极小时,相位值无意义。计算接近零照度(相对于光束中的峰值照度)数据点的相位角,会生成噪声图以及列出无意义数据的文本。该值为数据点的相对照度设置了较低限值,其可用于计算相位。相对照度小于该值的数据点,相位值为0。
绘图比例(Plot Scale) 如果为零,则伪彩图、灰阶图和截面图上的垂轴缩放将设置为最大数据值,或者对于对数图而言,则设置为10的次幂。否则,最大垂轴缩放将设置为归一化值。如果生成了对数图,则最大缩放值设置为大于绘图缩放值的10的次幂。
相位图总是从-pi扩展至pi。
等高线格式(Contour Format) 等高线格式字符串。有关等高线格式字符串语法的详述,请参见"等高线格式字符串(The Contour Format String)"。等高线定义所用的单位与所显示的数据相同。
放大(Zoom In) 放大光束的显示区域。这对于从所显示的光束数据中消除一些保护带非常实用。

光纤数据选项卡(Fiber Data Tab)
计算光纤耦合积分(Compute Fiber Coupling Integral) 如果勾选,则将使用该选项卡上的光纤数据计算光纤耦合效率。否则,将不执行光纤耦合计算。参见"计算光纤耦合效率"。
忽略偏振(Ignore Polarization) 如果勾选,光纤模式将为非偏振,即便光束本身就是偏振的也是如此。如果不勾选并且光束是偏振的,则将针对两个正交偏振单独计算光纤耦合重叠积分,而且结果会结合起来,产生整体耦合效率。参见"定义光纤模式(Defining the Fiber Mode)"。
X/Y倾斜(度)(Tilt About X/Y (deg)) 光纤模式各轴相对于光束的倾斜度。光纤模式的相位将改成线性倾斜,与倾斜角成正比。
光纤类型(Fiber Type) 选择光纤模式。参见"计算光纤耦合效率"。
文件(File) 选择DLL文件或者数据文件描述光纤模式。参见"计算光纤耦合效率"。
参数(Parameters) 不同的光纤类型需要用不同参数来定义模式。这些参数的名称和值都会随光纤类型设置的改变而改变。
光纤位置(Fiber Position) 接收光纤的中心可参考表面顶点或主光线。入射的POP光束参考主光线位置和角度。
详述
关于物理光学传播的完整描述,请参见" 关于物理光学传播(About Physical Optics Propagation) "
有关光束投影的注释
这种分析可计算光束在主光线与表面相交的点与主光线相切的平面上的照度和相位。平面的方向矩阵可以通过传播报告确定。光束折射入或者反射出终止面后,将显示照度或相位数据。代表光束中心的主光线通常将以非零入射角与表面相交,表面法线通常与局部Z轴成一定夹角。使用"显示"选项卡中的"投影"选项,光束数据将会沿光束、沿法线或沿局部Z轴显示。后两个选项的应用方式是:根据光束与所需投影的夹角的余弦以独立的方式沿局部X和Y方向来拉长光束。
光束本身总是由与主光线垂直的坐标系中的数据阵列表示。为此,与按文件形式保存并可使用光束文件查看器查看的同一光束相比,通过该特性投射到表面上的光束可以拉长,参见"光束文件查看器(Beam File Viewer)"。
OpticStudio中的光束总是以所选视场和波长的主光线为中心。所以光束文件中的数据主要针对主光线进行定位。
光束文件中心点的坐标是:(nx/2+1、ny/2+1)。
分析窗口可能包含某些以下数据:
- 显示X宽度/Y高度:光束阵列在最后一个表面的宽度和高度,单位是镜头单位。
- 峰值照度:单位面积能量的最大照度。要设置能量和面积单位,请查看"单位"。
- 总光焦度:光束的总光焦度。设置能量单位,请查看"单位"。
- 引导光束数据(Pilot Beam Data):引导光束数据包括径向光束尺寸、光束束腰和瑞利范围。如欲了解引导光束的详细信息,请参阅"引导光束(The pilot beam)"。
- 光斑宽度:用二阶矩法计算的X、Y光斑宽度。参见"光束宽度和M的平方(Beam Width and M-Squared)"。
- 光纤耦合(Fiber Coupling):如果勾选"计算光纤耦合积分",则将计算并显示光纤耦合效率。系统效率是从起始表面传输到在此计算光纤耦合效率的表面的光束功率的占比。接收器效率是光束模式(可耦合在光纤模式中)中功率的占比。总耦合效率是这两个数的乘积。如欲了解更多详情,请参见"计算光纤耦合(Computing Fiber Coupling)"
提供高采样支持
OpticStudio用户界面允许针对光束提供的最高X-及Y-采样为16,384。但通过ZOS-API可以获得更高的采样支持,最高可达1,073,741,824 * 1,073,741,824像素(可用RAM允许)。如欲了解更多详情,请在ZOS-API语法帮助中参见I_Analyses界面的'RunHighSamplingPOP'。
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