如何使用Binary2面型设计衍射光学元件

概述

这篇文章介绍了如何在OpticStudio中建立衍射光学表面以及如何使用Binary2（二元面2）模拟衍射光学元件。

Binary2面型

Zemax LLC感谢Optics1公司的Robert E.Fischer先生授权使用其著作《Optical System Design》中的图表。

在OpticStudio中，许多表面除了可以定义折射光焦度以外，还可以定义衍射光焦度。衍射光焦度与材料折射率和表面矢高无关，但可以改变光的相位。有关建立衍射光学表面的详细信息，请参考我们的往期文章“OpticStudio建模衍射表面”。

Binary2中的衍射光焦度会在光学表面的截面上引入连续的相位变化：

在评价函数编辑器中以均方根光斑半径 (RMS Spot Size) 为标准，设置默认评价函数进行优化：

将焦点优化至*小，此时Binary2面的厚度约为51.608mm左右，此时的轴向色差如下图所示：

可以看到系统的色差并没有变化，让我们在Binary2面上加入一些衍射光焦度对轴向色差进行控制。在透镜数据编辑器里Binary2面型的附加数据中设置衍射相位系数的项数 (Maximum Term) 为2，并设置ρ^2项和ρ^4项系数为变量，如下图所示：

重新优化系统，我们可以看到系统的轴向色差相比之前变小了很多，其轴向像差图和布局图如下所示：

现在我们得到了消色差的Binary2面的附加相位系数和相位分布，为了实现二元面的加工，我们还需要计算每个2π*m衍射区域的径向坐标。每个相邻衍射区域的相位差都是准确的+2π或-2π，如下图所示：

此时我们可以运行OpticStudio内置的宏程序“Phases.ZPL”来计算该相位分布，该宏程序可在编程 (Programming)选项卡 > 编辑/执行 (Edit/Run)中调用，其计算结果如下所示：

*终，宏程序计算出一共需要246个环形衍射区，*后一个环形区距离表面顶点的径向距离约为14.94mm。

小结

这篇文章通过一个消色差单透镜的示例演示了如何使用Binary2面型，同时OpticStudio还可以计算出Binary2表面上每个2mπ环形衍射区域的坐标。

原创作者：北京卓立汉光仪器有限公司