Zemax光學(xué)設(shè)計(jì)從入門到精通	京東雙十一活動(dòng)紅包購物券領(lǐng)取	Zemax光學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)踐基礎(chǔ)(陳家璧)	ZEMAX光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)戰(zhàn)
訊技光電:VirtualLab Fusion獨(dú)家供應(yīng)商	光學(xué)設(shè)計(jì)與光學(xué)元件	CODE V,LightTools,RSoft,LucidShape	計(jì)算光學(xué)帶來的成像革命

發(fā)帖回復(fù)

2382閱讀
0回復(fù)

[轉(zhuǎn)載]標(biāo)準(zhǔn)具和晶體中的電磁場(chǎng)傳輸算法 [復(fù)制鏈接]

上一主題下一主題

離線infotek

科學(xué)家

發(fā)帖: 6293

光幣: 25610

光券: 0

只看樓主倒序閱讀樓主發(fā)表于: 2020-07-07

SITE ZHANG,1,2,*CHRISTIAN HELLMANN,2 AND FRANK WYROWSKI1

1Applied Computational Optics Group, Institute of Applied Physics, Friedrich Schiller University Jena, Max-Wien-Platz 1, 07743 Jena, Germany
2Wyrowski Photonics UG, Kahlaische Straße 4, 07745 Jena, Germany
*Corresponding author: site.zhang@uni‑jena.de

Received 8 March 2017; revised 29 April 2017; accepted 3 May 2017; posted 3 May 2017 (Doc. ID 290298); published 19 May 2017

Received 8 March 2017; revised 29 April 2017; accepted 3 May 2017; posted 3 May 2017 (Doc. ID 290298); published 19 May 2017

通過使用平面波譜分析以及S矩陣方法，我們研究了一般電磁場(chǎng)經(jīng)過由各向同性介質(zhì)或者各向異性介質(zhì)構(gòu)成的光學(xué)層狀結(jié)構(gòu)的傳播。我們還開發(fā)了一種基于快速傅里葉變換技術(shù)的算法，具有數(shù)值高效的采樣規(guī)則。通過將此算法與其它系統(tǒng)建模技術(shù)相結(jié)合，我們展示了一些仿真案例，如經(jīng)過一個(gè)各向同性法珀標(biāo)準(zhǔn)具的光場(chǎng)傳輸以及具有任意方位和光軸方向的單軸晶體平板的光場(chǎng)傳輸。

OCIS codes: (260.0260) Physical optics; (260.2110) Electromagnetic optics; (260.1440) Birefringence; (230.4170) Multilayers.

https://doi.org/10.1364/AO.56.004566

1.引言

由平行平面構(gòu)成的光學(xué)層在光學(xué)中廣泛應(yīng)用。層狀結(jié)構(gòu)可以用作許多不同情況的模型，像平板和標(biāo)準(zhǔn)具。基于這個(gè)事實(shí)，光與層狀結(jié)構(gòu)相互作用的主題一直引起大家的注意并且對(duì)此已經(jīng)進(jìn)行了大量的研究。

在這類研究中，大多數(shù)觀點(diǎn)都側(cè)重于平面波，然而僅僅少數(shù)的研究使用了平面波譜方法（SPW）來考慮一般的電磁場(chǎng)。例如，參考文獻(xiàn)[1-6]中研究了各向同性-各向同性的界面上，高斯光束的反射率和透射率；在參考文獻(xiàn)[7-11]中研究了各向同性層或者平板的情況；參考文獻(xiàn)[12-22]討論了各向同性-各向異性界面的情況，在參考文獻(xiàn)[23-26]中則討論了各向異性層或者平板的情況。

上面所提到的許多研究都用于特定的研究主題，像[1,3,5]中研究了高斯光束全內(nèi)反射的橫向偏移，并且他們常常關(guān)注于具體的配置。因此，將這些方法推廣到更一般的情況的可能性受到了限制。

在這篇文章中，我們從一個(gè)更一般的觀點(diǎn)來考慮此問題。光學(xué)層幾乎不會(huì)單獨(dú)使用；相反，他們常常是一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的一部分并且和其他的元件一起使用，如圖1中所示。基于此事實(shí)，我們遵循場(chǎng)追跡的概念[27]，并使用不同的場(chǎng)追跡算子組合[28-32]，如圖1中所示，以對(duì)一個(gè)包含了層介質(zhì)元件的系統(tǒng)進(jìn)行物理光學(xué)模擬。考慮到模擬是對(duì)整個(gè)系統(tǒng)而不是單個(gè)元件，仿真層結(jié)構(gòu)必須與系統(tǒng)的前后部分相連接。這要求我們傳播步驟（圖1中的P）進(jìn)行適當(dāng)?shù)目紤]，將前一個(gè)元件的輸出連接到當(dāng)前元件的輸入，并將當(dāng)前元件的輸出傳遞到下一個(gè)元件。一般情況下，這樣的傳輸步驟會(huì)出現(xiàn)在平行或者非平行平面之間。在參考文獻(xiàn)[28,29]中已經(jīng)提到了平行平面間幾種有效的傳輸方法，在參考文獻(xiàn)[33]中則可以找到對(duì)非平行平面間傳輸?shù)囊粋€(gè)詳細(xì)的討論。在這篇文章中，我們不會(huì)研究傳輸步驟，但會(huì)關(guān)注層狀結(jié)構(gòu)的元件算子C。

此外，從數(shù)值計(jì)算的觀點(diǎn)出發(fā)，為了執(zhí)行一個(gè)連續(xù)且有效的系統(tǒng)模擬，要求元件算子C

正確地處理采樣場(chǎng)數(shù)據(jù)并和其他的算子以一種統(tǒng)一的格式傳遞場(chǎng)數(shù)據(jù)；

優(yōu)化數(shù)值計(jì)算的效率。

考慮到上述兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，我們開發(fā)了一種具有自動(dòng)數(shù)值采樣規(guī)則的SPW方法。與之前一些利用積分方法對(duì)空間和角譜相關(guān)的傅里葉變換進(jìn)評(píng)估的研究相比（如參考文獻(xiàn)[23]中的二維中點(diǎn)規(guī)則和參考文獻(xiàn)[12-14，20，25]中的Stamnes–Spjelkavik–Pedersen方法[34]），我們使用了快速傅里葉變換（FFT）技術(shù)，此技術(shù)在大部分?jǐn)?shù)值軟件包中容易訪問并且效率高。再加上在角譜域中經(jīng)過深入考慮的數(shù)值采樣規(guī)則，我們的方法具有一般適用性，對(duì)層元件和入射場(chǎng)沒有任何限制。因此，此算法可以直接包含在一個(gè)物理光學(xué)系統(tǒng)模擬之中。