CODE V中的差分光線追跡(2)
差分光線追跡的研究可以追溯到一百多年前,而計(jì)算差分光線信息所涉及的技術(shù)已經(jīng)被大家所了解。這些技術(shù)被Synopsys的科學(xué)家們很好地理解,并已被納入CODE V中用于上述應(yīng)用,并用于差分光線信息能夠提供計(jì)算優(yōu)勢的其他應(yīng)用。
差分光線追跡的應(yīng)用 一階特性 差分光線數(shù)據(jù)通常用于計(jì)算光學(xué)系統(tǒng)中的一階特性(實(shí)際上,一階特性通常用差分光線數(shù)據(jù)來定義)。對于旋轉(zhuǎn)對稱光學(xué)系統(tǒng)來說,通常取沿系統(tǒng)軸線傳播的光線作為基光線。在這種情況下,系統(tǒng)的對稱性使得差分光線信息的矩陣(2*2矩陣)A,B,C,D被簡化為標(biāo)量A,B,C,D。 如圖4所示,差分光線信息可以用于計(jì)算我們熟悉的一階量,如近軸像的位置和放大倍率。 圖4. 光學(xué)系統(tǒng)中利用差分光線信息來確定近軸像的位置和放大倍率的示意圖 軸上光線的差分光線信息同樣可以被用來確定光學(xué)系統(tǒng)中基點(diǎn)的位置,并確定光學(xué)系統(tǒng)中每個(gè)表面上光斑的近似尺寸。 非對稱系統(tǒng)的情況在細(xì)節(jié)上會(huì)更加復(fù)雜,但在概念上類似:一根源自物體中心的光線穿過孔徑光闌的中心被選作基光線,然后計(jì)算這根光線的差分光線數(shù)據(jù)。此時(shí),我們可以計(jì)算出像的位置和焦點(diǎn)等數(shù)據(jù),但也可以從差分光線信息中推導(dǎo)出來。 高斯光束傳播 高斯光束傳播的建模是物理光學(xué)領(lǐng)域中的一個(gè)問題。盡管如此,幾何光學(xué)——特別是差分光線數(shù)據(jù)——也可以用來模擬高斯光束的傳播。我們考慮一下,高斯光束入射到一個(gè)軸對稱的系統(tǒng),假設(shè)該光束開始時(shí)的寬度為w,波前半徑為R,在通過系統(tǒng)傳播后,該光束的寬度為w’,波前半徑R′,如圖5所示。再進(jìn)一步考慮,假設(shè)我們已經(jīng)計(jì)算了與系統(tǒng)軸相對應(yīng)的基光線的差分光線信息。這種差分光線信息可以用來確定出射光束參數(shù),也就是出射光束參數(shù)相對于入射光束參數(shù)的函數(shù)。 這通常通過定義一個(gè)復(fù)曲率半徑q來實(shí)現(xiàn),如下所示: 其中λ是高斯光束的波長,i是-1的平方根。由入射高斯光束的信息和差分光線信息可求出在系統(tǒng)中傳播后的高斯光束的復(fù)曲率半徑: 出射高斯光束的寬度和它的波前曲率半徑可以通過復(fù)曲率半徑算得。 最后,需要注意的是,當(dāng)高斯光束不是沿軸傳播的時(shí)候,計(jì)算會(huì)更加復(fù)雜,但仍然只涉及高斯光束的中心光線的差分光線信息。 圖5. 高斯光束在旋轉(zhuǎn)對稱系統(tǒng)中傳播 確定公差 作為光學(xué)系統(tǒng)裝配制造公差過程的一部分,有必要知道當(dāng)光學(xué)系統(tǒng)受到擾動(dòng)時(shí),光線如何變化。TOR——作為CODE V的快速公差功能——通常是通過考慮波前的變化來確定公差的。因此,我們想要了解的是從一個(gè)給定的物點(diǎn)到出瞳處光程長度(OPL)的變化,而不是光線在圖像上位置的變化。當(dāng)光學(xué)系統(tǒng)受到擾動(dòng)時(shí),通過收集各種光線的OPL的變化量,就可以確定圖像質(zhì)量的變化;谶@些變化,就可以分配可接受的制造公差了。 |
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無知少年:多謝(2021-06-25)