Опорная поверхность для вычисления OPD

Разность хода лучей (Optical Path Difference, или OPD) - величина, которая представляет фазовые ошибки волнового фронта, формирующего изображение. Любые отклонения OPD от нуля приводят к деградации изображения, образованного оптической системой.

Так как выходной зрачок является изображением апертурной диафрагмы системы в пространстве изображений, он определяет область в пространстве изображений, в которой пучок лучей имеет четко определенные границы. Освещенность в области выходного зрачка в основном плавно меняется по амплитуде и фазе, и существуют четко определенная граница между областями с нулевой и ненулевой амплитудой. Говоря другими словами, разумно предположить, что волновой фронт, идущий от выходного зрачка, не испытывает больше дифракционных эффектов. Это асимптотически правильно, если все апертуры в системе имеют большие размеры, чем размеры падающего на каждую из них пучка, ограниченного диафрагмой системы. Даже если выходной зрачок является действительным, что бывает довольно часто, он еще определяет область в пространстве изображений, в которой пучок свободен от дифракционных эффектов. Большую информацию об образовании дифракционного изображения и важности выходного зрачка можно найти в книгах, ссылки на которые даны в первой главе.

По мере того, как волновой фронт распространяется от выходного зрачка к плоскости изображения профиль пучка усложняется по амплитуде и фазе и волновой фронт расширяется из-за эффектов дифракции. С этой точки зрения ошибка фазы, измеренная в плоскости выходного зрачка, однозначно и критически важна для описания волнового фронта и качества изображения.

По умолчанию ZEMAX использует выходной зрачок в качестве опорной плоскости для вычисления OPD. Поэтому, когда производится вычисление OPD для данного луча, луч трассируется через оптическую систему вплоть до плоскости изображения, а затем трассируется назад - к "опорной сфере", которая лежит в выходном зрачке. Оптическая разность хода, измеренная "назад" до этой поверхности, представляет собой физически значимую фазовую ошибку, величина которой важна для дифракционных вычислений, таких как МПФ, ФРТ и функции распределения энергии. Дополнительная длина оптического пути, возникающая в результате трассирования луча назад к выходному зрачку, вычитается из радиуса опорной сферы, что дает небольшую корректировку OPD, называемую коррекционным членом ("correction term"). Эти вычисления являются корректными и представляют собой хороший метод для всех практически важных случаев.

Однако ZEMAX позволяет использовать для вычисления OPD две другие опорные поверхности.

Использование в качестве опорной бесконечно удаленной поверхности ("Infinity") является приближением к случаю, когда выходной зрачок удален очень далеко (если даже этого не может быть), и когда величина коррекционного члена строго задается угловой ошибкой луча. Существует только один возможный смысл для использования этой установки: в маловероятном случае, когда ZEMAX не может правильно вычислить положение выходного зрачка. Это может произойти с какой-нибудь необычной оптической системой, которая не образует изображения апертурной диафрагмы (действительного или мнимого). ZEMAX снабжен специальным кодом для

Глава 7: МЕНЮ "SYSTEM"                                                                                                  7 -7

определения всех известных случаев, когда это может произойти, и поэтому эта установка не должна использоваться без специальных рекомендаций группы технической поддержки фирмы Focus Software. В настоящее время не известны случаи, для которых можно было бы рекомендовать эту установку.

Установка опорной поверхности типа "Absolute" означает, что ZEMAX не будет учитывать коррекционный член при вычислениях OPD, а просто подсчитает полную длину оптического пути луча и вычтет ее из длины оптического пути главного луча. Этот метод не может быть физически значимым и может использоваться только с целью отладки или тестирования алгоритма вычисления OPD, разработанного Focus Software.

Итак, всегда используйте установку "exit pupil", а другие установки используйте только после получения соответствующих инструкций от Focus Software Engineer. В противном случае Вы можете просто получить ошибочные данные.

Paraxial Rays Параксиальные лучи

Обычно свойства параксиальных лучей могут быть определены для систем, не обладающих вращательной симметрией. Поэтому ZEMAX при трассировке паракси­альных лучей игнорирует все наклоны и децентрировки в системе, заданные поверхностями типа coordinate break. Игнорируя наклоны и децентрировки, ZEMAX может вычислить параксиальные свойства эквивалентной центрированной системы, которая обычно соответствует даже системам, не обладающим вращательной симметрией.

Поэтому очень рекомендуется установка "Ignore Coordinate Breaks", которая задана по умолчанию. При выборе других установок ZEMAX может дать ошибочные результаты при вычислении параксиальных данных, ray aiming и OPD.

Известен только один случай, когда может потребоваться установка "Consider Coordinate Breaks". При трассировании лучей через сильно наклоненную дифракционную решетку учет наклонов и децентрировок может потребоваться даже для параксиальных лучей, в противном случае траектории лучей могут не удовлетворять уравнению решетки; это обусловлено тем, что угол отклонения лучей дифракционной решеткой существенно зависит от угла падения лучей.

Fast Asphere Trace