ZEMAX软件技术应用专题：在薄膜計算中Ray以及Field系数是什...

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作者：Mark Nicholson 译者：Michael Cheng 摘要：在Zemax OpticStudio中計算考慮偏振並通過薄膜的光線追跡時，OpticStudio回報的反射、穿透以及相位資料是以 “ray” 以及 “field” 係數表示的。這些是什麼？他們有什麼不同？以及我應該使用哪一個？ 什麼是Field以及Ray係數 常常使用者在這個主題上會有一些混亂，因為薄膜理論以及相關的設計軟體程式，通常以不同的觀點來處理這個問題，而這個觀點與光線追跡的程式有很大的不同。在薄膜光學中，我們通常處理光的場 (field)，一般來說即是所謂的平面波。然而，光線的處理方式在本質上有很大不同，光線是局部的、無限小的且帶有能量的一點，擁有位置以及傳播方向等資訊。光線所看到的世界與薄膜的世界是不同的。 舉例來說，讓我們探討一下 “光線與表面交會於一點” 這個概念。在一個沒有鍍膜的光學面上，定義一條光線可以非常簡單： 但是，現在讓我們思考另一個狀況：四分之一波長厚度的膜層 (我們另外設定一個0.25倍波長厚的物件，位於前述物件表面之上)。如果我們放大來檢視這個四分之一波長物件的話，我們會看到： 現在，在這個圖中，我們有了幾個疑問： (1) 入射的光線交會於這個表面的 “哪裡”？ (2) 光線在 “哪裡” 分裂的？ (3) “哪一條” 光線是入射光？ “哪一條” 是反射光？又 “哪一條” 是穿透光？ 上面圖表描繪了用 “場 (field)” 來處理薄膜光學的概念。某個角度的一道入射平面波會在下面兩個介面中反覆交錯無數次：空氣到膜層介面以及膜層到基板介面。在每一次的交錯中，就相應產生一道穿透以及一道反射光場，最後這些光場會在同調的假設下相加。經過一番如魔術般建設性以及破壞性干涉後，最後的結果可以用巨觀的反射以及穿透係數來表示。入射光的電場並非用單一個點來描述，相對的，我們會假設該電場比多重光束干涉發生的區域更大許多。 在Zemax OpticStudio中，我們使用field係數來表示這個結果，這些係數已經被薄膜膜層的程式驗證過許多次。薄膜理論的慣例是計算平面法向量方向上的相位變化，這表示其假設了一個虛擬的平面波從薄膜最外層一路傳播到基板。這個慣例暗示了相位變化在正向入射上為最大，並且隨著入射角變大、相對應餘弦值變小而相位變化也漸漸變小。但光線追跡上，我們是使用不同的方法來描述的。 光線追跡的處理方式是如同上面第一張圖表的。過程中只有三條光線：入射、穿透以及反射。你可以隨意的放大檢視，永遠只有三條線。膜層本身不用光線追跡來處理，而用不同的函數來操作。 對於光線追跡，光學相位的超前或延遲都是沿著光線觀察的。Zemax OpticStudio直接追跡光線到基板的位置，忽略中間的膜層及其厚度。膜層被假設鍍在基板表面之前。正確計算光線的相位需要把電場逆向傳播到薄膜起始的位置，並且修正薄膜的相位計算方式為沿著光線方向，而不是表面法向量方向。Zemax OpticStudio把這些稱之為 “ray” 係數。因為光路徑長是沿著光線方向計算的，並且光線長度在薄膜中會隨著角度增加，因此光線的相位會以 1/cos(theta) 的變化方式近似，這樣才是增加膜層相位的光路徑長時，正確表示方式。 請注意Zemax OpticStudio在偏振追跡中，會同時回報 “ray” 以及 “field” 兩種係數，因而使用者可以同時查看兩者。當使用者需要增加膜層相位到光路徑長時，就使用ray係數。而當使用者要與薄膜程式交叉比對時，則field係數可以讓這個步驟變得較為方便。請注意不論使用哪一個計算方式，S與P偏振的相位差都是一樣的 Ansys Zemax国内可靠代理商 　　光研科技南京有限公司是国内可靠的光学软件和仪器光电供应商，提供企业定制化上门培训服务，承接各类光学设计项目，并有一系列自主编写出版的光学设计书籍。公司拥有一支高素质、高水平、实战经验丰富的管理，销售以及研发团队，从成立到现在已经为广大企业，研究所以及高校提供了很多优秀的产品和服务，是光电圈内值得信赖的企业。追光逐梦，研以致用！以用户的需求为起点，为客户提供有价值的光学产品和服务一直都是光研科技南京有限公司的宗旨。       官网：http://wavelab-sci.com.cn/ 　　AnsysZemax光学软件咨询与订购联系方式        联系人：南京光研   徐保平 　　手机号：15051861513 　　微信号：13627124798        您也可以扫一扫下面的二维码直接咨询