當(dāng)光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)越來(lái)越小時(shí)，衍射的影響也越來(lái)越不可忽略，此時(shí)，傳統(tǒng)的幾何光線(xiàn)追跡已經(jīng)無(wú)法正確地描述光線(xiàn)通過(guò)系統(tǒng)的狀態(tài)，故包含衍射影響的「光束傳播」分析工具就顯得尤為重要。另外，陣列透鏡也是光學(xué)設(shè)計(jì)中常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)之一，該如何模擬陣列透鏡也是光學(xué)軟件中的重要問(wèn)題。在這篇文章中，我們將先分別簡(jiǎn)要介紹在CODE?V中該如何進(jìn)行「光束傳播」分析，以及該如何模擬「陣列透鏡」，接著，我們會(huì)結(jié)合兩者，介紹該如何在CODE?V中對(duì)有陣列透鏡的系統(tǒng)進(jìn)行光束傳播分析。
當(dāng)光學(xué)設(shè)計(jì)必須考慮到衍射行為時(shí)，大多數(shù)光學(xué)鏡頭設(shè)計(jì)軟件的簡(jiǎn)單做法只是在透鏡系統(tǒng)的出瞳位置后考慮衍射，但光線(xiàn)傳遞到出瞳前的方式仍然只考慮幾何上的折射。如此一來(lái)，對(duì)于「光傳播在透鏡元件之中時(shí)也需要考慮衍射行為」或「以如高斯光源來(lái)進(jìn)行模擬」...這類(lèi)不能單用幾何光線(xiàn)來(lái)模擬整個(gè)系統(tǒng)的光束傳播變化時(shí)，上述簡(jiǎn)單的衍射考慮方式也無(wú)法給我們正確的模擬結(jié)果。
CODE?V中有幾種可以模擬完整光束傳播的分析工具：高斯光束追跡（BEA）、FFT光束傳播（BPR）與光束合成傳播（BSP）。其中：
「高斯光束追跡」計(jì)算快速且有對(duì)應(yīng)的函數(shù)可在優(yōu)化中控制高斯光束，但其只考慮一階高斯光束性質(zhì)與像散。
「FFT光束傳播」能處理大部分光束傳播的問(wèn)題，但只能計(jì)算純量場(chǎng)且有時(shí)會(huì)有FFT取樣的問(wèn)題。
「光束合成傳播（Beam?Synthesis?Propagation,?BSP）」是個(gè)高度準(zhǔn)確、以小光束為基底來(lái)計(jì)算光學(xué)場(chǎng)變化的衍射傳播算法，且可考慮光束通過(guò)整個(gè)透鏡系統(tǒng)時(shí)的衍射影響。
整體來(lái)說(shuō)，BSP是三者中較完整且使用上較方便的分析工具，下圖顯示了BSP中以小光束為基底來(lái)進(jìn)行光束傳播的概念（圖中只顯示了一條小光束）。
在下圖的陣列系統(tǒng)中，我們必須仔細(xì)調(diào)整BSP傳播至陣列前的小光束重新采樣數(shù)量，同時(shí)也要留意兩個(gè)BSP中常見(jiàn)的警告：「小光束波前誤差警告」與「表面重新采樣的波前無(wú)法收斂警告」，并以這些警告為參考進(jìn)行適當(dāng)?shù)膮?shù)調(diào)整。
常用的技巧是比較小光束重新采樣前后的能量強(qiáng)度分布是否相同（可利用插入虛擬表面來(lái)進(jìn)行比較），以此確認(rèn)小光束重新采樣的準(zhǔn)確性，如下圖。
在確認(rèn)BSP的參數(shù)設(shè)定之后，下圖顯示了起始的高斯光源與其傳播至最終影像面上的能量分布：
如果您對(duì)此陣列透鏡范例的詳細(xì)BSP設(shè)定與討論有興趣，請(qǐng)與我們聯(lián)系。
另一方面，在CODE?V?中模擬陣列透鏡也有幾種方式：偏心類(lèi)型中的陣列、非序列性表面（NSS）或用戶(hù)自定義表面（UDS）。其中：
「偏心類(lèi)型中的陣列」設(shè)定方便，但無(wú)法與一些CODE?V的分析工具一起使用，包含BPR與BSP。
「非序列性表面」使用上有彈性也可以和BSP一起使用（無(wú)法和BPR一起使用），但若要模擬復(fù)雜表面時(shí)，非序列性表面計(jì)算速度緩慢且設(shè)定上也很繁瑣。
「用戶(hù)自定義表面」使用上有彈性、計(jì)算速度快也可以和BSP及大多數(shù)的分析功能一起使用，但建立時(shí)需要有編程能力。
如上所述，因?yàn)锽SP是個(gè)較完整且方便的光束傳播分析工具，我們可以選擇BSP在有陣列透鏡的系統(tǒng)進(jìn)行光束傳播。又因?yàn)榉切蛄行员砻娴挠?jì)算較為緩慢，且CODE?V的用戶(hù)自定義表面范例中提供蠅眼（fly's?eye）陣列可直接使用，接下來(lái)我們選擇以BSP與蠅眼陣列來(lái)進(jìn)行陣列透鏡系統(tǒng)的光束傳播模擬。
在陣列透鏡上使用BSP的主要問(wèn)題是，實(shí)際上小光束傳播到陣列透鏡中小透鏡與小透鏡間的交界處時(shí)，單一小光束與其能量會(huì)被分割到不同方向，但BSP使用的小光束只能以單一方向傳播，我們必須手動(dòng)調(diào)整小光束在傳播至陣列表面時(shí)的重新采樣數(shù)量以維持模擬的準(zhǔn)確性。
