查看光束相位分布

本系列第二篇文章解決了光束強(qiáng)度分析過程中的取樣問題，現(xiàn)在讓我們看看光束的相位取樣。相比于強(qiáng)度分布，相位分布變化更快并且取樣更難。 一般來說，透鏡會(huì)給入射光束截面引入二次方相位。Zemax OpticStudio中的相位區(qū)間為-π到π，如果透鏡引入的相位變化大于π，相位圖就會(huì)發(fā)生“相位區(qū)間跳變（Phase Wrapping）”。例如：如果透鏡引入的相位變化為3π/2那么Zemax OpticStudio中就會(huì)顯示為π/2。當(dāng)然相位區(qū)間跳變只是作圖原則并不是引入的實(shí)際相位變化值，相位變化仍然是連續(xù)的。

但是，我們可以看到面2上的網(wǎng)格的寬度變得非常大（124.2mm），并且光束解析度非常差。透鏡前表面即面4上的光束取樣甚至更差（253.8mm）。放大面4上的光束可以看到強(qiáng)度分布的峰值僅被4個(gè)像素表示，光束強(qiáng)度在像素邊界快速的變化，這造成了在X和Y方向上相對(duì)于光束傳播有高頻噪點(diǎn)。

解決取樣問題

要解決以上問題，我們可以增加光束起始處的網(wǎng)格寬度。光束從焦點(diǎn)傳播到第1一透鏡前表面，會(huì)經(jīng)歷一個(gè)傅里葉變換（FFT）。在傅里葉變換中，一個(gè)面的解析度會(huì)跟另一個(gè)面的網(wǎng)格寬度成反比。轉(zhuǎn)換前空間中的網(wǎng)格寬度決定了轉(zhuǎn)換后空間的像素尺寸大小，較寬的網(wǎng)格可以使 轉(zhuǎn)換后的面解析度更高。

菲涅爾波紋的取樣

我們還可以用截面圖（Cross-Section）來顯示面11上的光束分布，可以看出波紋以及中心亮斑的取樣都還有改善空間。可以通過降低面3的矩陣寬度到30mm來改善，但這樣可能會(huì)產(chǎn)生問題，因?yàn)楣馐車目瞻讌^(qū)會(huì)變得很小。

一個(gè)比較好的解決辦法是把取樣率從1024增加到2048。注意：除了修改POP工具中的取樣率，同時(shí)還要修改之前有調(diào)整過重新取樣的那些面的取樣率。圖中顯示了取樣率改為2048后的結(jié)果，此時(shí)可以看出面11上的光束分布解析度較高，更清晰顯示了圖片遮擋產(chǎn)生的邊緣衍射波紋以及中心亮斑。其實(shí)取樣率還可以再改進(jìn)，只要你的電腦計(jì)算速度所需的時(shí)間可以接受的話。