用户指定的光线像

optics1210

可以使用以下输入指定个别光线进行校正(在M、MF、L或LL行之后)。

{ A / S / MUL / DIV } { ICOL / P }name HBAR XEN YEN GBAR [ SN ]

其中name为以下中的一个：

A、S、MUL和DIV确定像差的分量如何与任何先前的分量组合(加、减、乘或除)。在复杂情况下控制边缘羽化的特殊像差形式是可用的。参见以下RCLEAR。

ICOL	是色差编号。可以用“P”代替主色差，但不能用“M”。
YA	是光线的Y坐标的实际值。注意，如果镜头是AFOCAL，像这样的横向的量会变成角量。
YC	是光线的Y坐标，相对于主色差的主光线的Y坐标
YP	是光线的Y坐标，相对于要求的色差的主光线的Y坐标。
XA	是光线的X坐标的实际值。
XC	是光线的X坐标，相对于主色差的主光线的X坐标。
XP	是光线的X坐标，相对于要求的色差的主光线的X坐标。
ZA	是光线的Z坐标的实际值。
OPD	是光程差，以要求色差的波长的波为单位，在该色差下光线的路径和主光线的路径之间的差，以主色差的主光线点作为OPD参考球面的中心。球面可以或不可以投影到无穷远取决于德拜近似是否有效。
OPP	是光线的OPD，以所要求的色差的主光线（principal  ray）的截距作为参考球面的中心。
RA	是光轴到光线截距的径向距离。总是正的。
RC	是在主色差中光线截距到主光线的截距的径向距离。它总是正的。
ZZ	是在表面折射后光线路径在X-Z平面上投影的角度的正切。
HH	是在表面折射后在Y-Z平面上光线路径投影的正切。
UNI,    UNR	UNI是在表面折射之前从表面法线出发的光线角度，以度数为单位，且始终为正。UNR是折射后的角度。这些量的目的是使防止非常陡峭的光线截距变得简单，这将引入非常高阶的像差，并且通常会阻碍优化程序的收敛。只要给出一个合理的目标角度，比如60或70度，如果当前角度超过这些值。其他可以影响陡峭角度的选项是DSLOPE像差和ASC。
HFREQ	是光线最后遇到的HOE或光栅的局部光栅频率，单位cy/mm。沿条纹平面测量。
HSFREQ	是沿表面测量的光栅频率，而不是垂直于条纹平面测量的。
FLUX	是给定光线/表面截距处的光通量水平与轴点处的光通量水平之差，除以轴上光通量；给出光通量值的分数变化。如果系统处于OBG模式或使用的是OBA的高斯版本，则该计算包括cos**4衰减和切趾以及高斯衰减。小于零的值表示该区域的光通量降低。    该特性可以用来控制光束映射，将高斯光束转换成平顶光束。要做到这一点，只需在几个区域将光通量定位为零。这样就可以使在这些点处的光束的平面度最小化。    请记住，如果请求的表面在衍射孔径(如针孔)之后，这将不能很好地起作用，因为在这种情况下，表面上的光通量并不仅仅受几何光学的控制。同样，它不能用于校正cos**4，因为它将结果与主光线而不是光轴的结果相比较。较正这种现象，使用ILLUM像差。    还有一个FLUX命令用来分析光通量的均匀性。
XG, YG, ZG	是光线的全局(X, Y, Z)坐标。
ZZG, HHG	是全局角度正切(见上面的ZZ、HH)。
XL,  YL, ZL, ZZL, HHL	是对应的局部(X, Y, Z)坐标和角度正切。
XE, YE, ZE, ZZE, HHE	对应的EXTERNAL(X, Y, Z)坐标和角度正切。
ERROR	这种像差与其它的像差非常不同，并且只能单独使用，不用定义其它像差。它的目的是校正目前有光线故障而不能正常优化的透镜。可能永远都不应该请求这种异常，而是使用下面描述的自动版本。    SYNOPSYS使运行这个特性变得很容易。如果由于光线故障无法进行优化，请立即单击按钮。程序将创建并运行一个快速优化，用ERROR校正在AANT文件中第一个有问题的光线，在最近的PANT文件中使用当前变量。完成后，光线应该完全追迹。然后程序自动发出GDS命令，该命令将返回最后一个MACro，这应该是您的优化MACro。（一定不要在MACro的开头放置GET或FETCH；希望从ERROR像差得到改善的透镜开始）只有在首次尝试运行优化并遇到光线故障时，并且只有在以MACro的形式输入优化文件时，才使用此过程。    虽然在此步骤之后有问题的光线通常会追迹，但其他光线仍然会出现故障。如果是这样，只需重复这个过程，再次单击此按钮。这将校正第一个仍然故障的光线，以这种方式可以将它们全部追迹。为了更快地收敛，最好在AANT文件的开始处放置要求最高的光线，这样它们将在早期得到修复。之后剩下的光线应该没问题。当然，镜头的构造可能非常糟糕，以至于即使多次使用这个功能也无法让光线通过，所以它不能保证起作用。但在大多数情况下都取得了优异的结果。    但是，只有当当前定义的变量能够修复光线故障时，这个按钮才会起作用。如果没有，可能需要创建一个全新的MACro，只用这个像差，并包含一组您认为有效的新变量。(不过，在得到合理的结果之前，使用WorkSheet滑块修改镜头可能更容易一些。)    如果预期一条或多条光线将无法追迹，可以通过在SYNOPSYS命令的第4个词中添加FIX这个词来简化事情。因此,               SYNOPSYS 20 0 FIX    然后，当初始系统失败时，程序将自动运行修复程序，循环直到所有光线追迹。如果它在合理的时间内不收敛，您可以使用停止标志按钮中止进程。    要实现自己的误差像差，首先确定哪个光线的误差最大。（通常是全视场上边缘光线；请求TFAN，看看哪边最渐晕。）然后在评价函数中加入一个像差:    M 1 1 A P ERROR 1 0  1    (for that ray)    较正的误差是因为它是负的而最终产生MCS或TIR误差的平方根的参数值。在这个例子中，我们给它一个正目标，程序朝那个值优化镜头。但是，是否到达目标并不重要，因为只要光线追迹无误，评价函数就变为零，运行就终止了。然后可以用通常的评价函数进行优化。    需要注意的是：如果使用Fix Ray按钮来运行这个功能，那么当错误纠正过程完成时，必须恢复原始变量和评价函数定义。为此，返回最后一个MACro，我们假定它包含PANT和AANT文件。然后，它将跳过该文件中的所有命令，除了PANT、AANT、DAMPING、SNAP和SYNOPSYS命令，以便在此之前的任何东西(比如GET命令)都不会改变已校正的镜头。
DSLOPE	这个像差追迹光线以找到目标表面的截距坐标。返回值是表面本身在截距点处的斜率，总是正的，以度为单位。这是为了避免过于陡峭的表面可能难以统一镀膜。因此，表面12现在太陡，要使其在主光线点上变平到45度的斜率，可以用    M 45 1 A P DSLOPE 1  0 0 0 12    也可以用自动斜率控制来控制镜头中所有表面的陡度，如第10.3.12节所述。    我们可以用命令SLOPE来计算所有表面的当前斜率。在用这个像差控制斜率之前，最好先知道斜率值。然后试着一步一步地改变它。(太大的突然变化可能对镜头造成太大影响，以至于原本出色的设计在哪里都找不到。)

HBRAGG	是HOE的光线截距角度和布拉格角之间的差。这是一个角度，单位为弧度，适用于最后一个被追迹的HOE。如果结构和回放波长不相同，则自动调整布拉格角以考虑这个差。
HEFFIC	是沿光线的S平面HOE效率的产物。对于HOE，使用了Kogelnik近似并包括波长和角度的影响。在多HOE系统中，要查看中间HOE之后的这个或先前的像差的结果，请在将要考虑的HOE之后指定一个表面编号。    对于简单的DOE（用USS  16和USS  25），用标量衍射理论计算效率。在这种情况下，可以通过改变深度（blaze  depth）来控制效率。
PL	是沿给定表面与前一个表面之间的光线的物理长度。无论光线方向如何，这个像差总是正的。与下面的OPL像差进行比较。
OPL	给出任意两个表面之间的光程长度。这里需要输入两个表面编号，而不是一个，例如：    M 55.2 1 A P OPL 0  0 1 0 4 9    本例的目标是沿着表面4和表面9之间的轴向边缘光线的路径，其值为55.2。将物理路径乘以所请求色差中的局部折射率。这一特性目前并不适用于奇怪的光线(它总是导致错误)；也不适用于GRIN，因为路径是弯曲的，折射率到处都在变化。只考虑物理路径，不考虑任何可能由HOE、GRATING或DOE引起的相位变化。
ILLUM	这个像差将给定视场点的照度与轴点的照度比较。该程序发现在0.1区域处的极端光线和输入的HBAR、GBAR之间的立体角，找到主光线和光轴之间的角度(如果像面是平坦的并且非倾斜的，则该角度为表面法线)，COS**4中的因子在视场点暗化，并将结果与轴上的情况进行比较。返回的像差是两者之比。因此，值为1.0意味着该视场点的照度与轴上的照度相同。    在这种情况下，程序将忽略XEN和YEN参数。    这种计算不如ILLUM命令精确，考虑了VSET参数、吸收损耗、涂层效应，并追迹了大量的光线。尽管如此，它通常指示照度多么均匀。因为它假设像面是平面的，所以它可能不适合弯曲的像面。它还假设出瞳处的光线网格是入瞳处网格的线性映射，这通常不完全是这种情况。
HBAR	是Y方向的分数物高。
XEN	是X方向上的分数入瞳坐标。
YEN	是Y方向上的分数入瞳坐标。
GBAR	是X方向的分数物高。
SN	是要计算光线截距的表面编号。默认的表面是像面。不应该为OPD请求输入此参数，在像面无效。

为了节省计算时间，该程序检查是否为之前的光线像差追迹XC、YC、RC、OPD或FLUX像差所需的主光线，并将在可能的情况下自动重新使用其坐标。M / L请求的可选SCR将迫使程序重新使用最后的主光线坐标。

M / L请求的可选SR将导致程序重新使用前一个光线。例如，XA和YA都可以在单独的像差中给出单独的目标。

Controlling Ray Clearances控制光线间距

控制不同表面的光线截距之间的间距有两种操作。第一种计算除了虚拟表面的所有相邻表面上的射线点之间的全局Z-分离。用以下形式输入

RCLEAR tar wt windowjsss jsps { icol / P } hbar xen yen gbar

程序在jsss到jsps范围内为每对表面创建一个LLL像差，沿着指定的光线，目标是这对表面的ZG坐标中的差。在LLL的链接查看所使用的算法。这适用于涉及倾斜或偏心表面的情况，这些表面不受较简单的AEC监视器监控。在光轴强烈倾斜远离全局Z轴的情况下，这是不有用的。另一种像差类型，LSX、LSY、LSZ可能在这种情况下有用。RCLEAR忽略虚拟表面（没有索引中断），因此像面不包括在要测试的表面中。如果要控制图像的间隙，请使用沿选定光线的ZG坐标差造成的像差。

另一种特殊的光线像差形式可以控制两个相邻表面之间的光线段与任何其他表面的顶点之间的距离。其格式是

A { ICOL / P } VCLEARANCE HBARXEN YEN GBAR SNR SNV

A { ICOL / P } SCLEARANCE HBARXEN YEN GBAR SNR SNV

A { ICOL / P } YCLEARANCE HBARXEN YEN GBAR SNR SNV

A { ICOL / P } CCLEARANCE HBARXEN YEN GBAR SNR SNV

这些形式将追迹请求的光线，找到它在表面SNR和SNR+1上的坐标，并将这些点转换为表面SNV的坐标。简单计算得到表面SNV上的顶点平面的光线截距点，根据需要进行扩展。目标是避免表面SNV阻碍SNR和SNR+1之间光束。VCLEARANCE的目标是顶点到顶点平面的光线截距之间距离的绝对值，并且总是正值。SCLEARANCE找到光线与实际表面而不是顶点平面的交点，并返回该点与表面SNV的轴之间距离的绝对值。YCLEARANCE只返回在实际表面的光线的Y坐标，具有当前符号。如果请求上述像差，程序将自动打开GLOBAL模式——运行AEI时除外。要运行该特性，请确保在运行AEI之前激活GLOBAL模式，如果镜头没有倾斜或偏心（打开该模式）。

CCLEARANCE找到从光线截距到表面SNV的CAO中心之间距离的绝对值。当CAO偏心时，这是很有用的，通常会出现这种情况，如果表面具有DCCR属性，并且希望光线清除偏心的孔径，不必考虑顶点在哪里。很容易控制输入，例如

M 1.5 1 A P CCLEAR 1 0 1 0 5 3

S CAO 3

在这个例子中，从表面5到6的全视场主光线，如果它拦截了表面3，将在表面3的CAO外保持1.5个单位的距离。

上述选项可以很好地防止透镜和反射镜挡住来自其他透镜或反射镜的光束——当有问题的表面不妨碍所请求的光线，而是阻碍被测表面之间的其他光线时，将看不到干扰。例如，这可能发生，如果一个小反射镜完全在系统内其他地方的光线中，所以在极端视场点上的光线都不能拦截反射镜。一种控制这种情况的简单方法是GCLEARANCE选项。这是一种几何评估，测试在SNV上的CAO的顶部、中心或底部是否在表面SNR和SNR+1上的极端光线形成的四边形内部。其格式是

A ( ICOL / P ) GCLEARANCE SNRSNV

这个选项没有光线或视场输入（如果输入也被忽略），因为它总是在HBAR = 1和-1追迹上和下边缘光线，以找到四边形的大小。另外，目标值总是0，因为如果这三个点完全在这个区域之外，则不会返回计算值。当一个给定的点在四边形的中心附近时误差最大，当这个点到达边界时误差接近0。当同时控制CCLEAR和GCLEAR，得到好的结果。

另一种选项使用助记符CNCLEARANCE。

A { ICOL / P } CNCLEARANCE HBAR0 0 GBAR SNR SNV

这种形式与上述类似，但仅检查CAO的中心。因此，如果由其它clearance选项所使用的光线不与表面相交(所以这些控制没有效果)，则表面本身在该区域内的事实将产生可控的像差。

下面是使用这些特性的一个例子：

这是一个折叠系统，我们看到从表面4到5的光束被表面2的透镜部分阻挡。表面2的孔径(在本例中由EFILE数据给出)为27.5 mm。我们希望这条有问题的光线至少能保持与表面2的轴的距离。我们将改变表面3和4处反射镜的倾斜角以及三个间距。如果角度变化太大，场的另一边的光线也有可能被表面3阻挡，所以我们也控制它。这是我们的优化MACro:

PANT

VY 3 AT

VY 4 AT

VLIST TH 2 3 4

END

AANT

M 28 1

A P SCLEAR 1 0 -1 0 4 2

LLL 35 1 1

A P VCLEAR -1 0 -1 0 4 3

AEC

ACC

GSR .5 10 5 P 0

GSR .5 10 5 1 0

GSR .5 10 5 3 0

GNR .5 2 3 P .7

GNR .5 2 3 1 .7

GNR .5 2 3 3 .7

GNR .5 1 3 P 1

GNR .5 1 3 1 1

GNR .5 1 3 3 1

END

SNAP

SYNO 10

SCLEAR像差表示该程序应该监测表面4到5之间的全视场下缘光线的部分，并保持该部分与表面2的交点与表面2的轴的距离为28 mm。在表面4和5之间的视场的底部的下边缘光线必须距离表面3的顶点35 mm或更多。(在本例中，我们给出了第一个的目标和第二个的下限。)如果光线不与SNR和SNR+1的两个交点之间的顶点平面相交，则VCLEAR的返回值等于目标，因此误差为零。如果光线不拦截SNV表面，那么这个SCLEAR误差还是为零。

运行此优化后，镜头已经改变了。

现在光束已经移动了并且清除了表面2和3的孔径。

有些注意事项是妥当的。VCLEAR计算是在目标表面的顶点平面上进行的，而不是实际表面，当表面是平的或接近平的时，这是合适的。如果表面是强弯曲的，则使用SCLEAR版本。并且在大多数情况下必须允许用于透镜单元或其它支撑结构的额外空间，在此示例中我们没有这样做