Zemax光学设计实例（28）---空间滤波器（Spatial Filters）

导论：

几何光线追迹是光线传播的一种不完善描述。严格地说，光束传播是一个相干过程。当波前通过自由空间或光学介质时，波前会发生相干干涉。这种相干传播的建模包括物理光学领域。

物理光学传播(POP)是ZEMAX的一项强大的功能，它利用衍射计算将一个波前通过光学系统的一个表面一个表面地传播。

在使用POP时，使用点阵列对波前进行建模。阵列中的每个点存储了波束的复振幅信息。该数组在尺寸、采样和纵横比方面都是用户可定义的。 

为了将光束从一个表面传播到另一个表面，可以使用菲涅耳衍射传播或角频谱传播算法。ZEMAX自动选择产生最高数值精度的算法。衍射传播算法可以对任意传播距离、任意光束产生正确的结果，并且可以考虑任意表面孔径，包括用户定义的孔径(UDAs)。

物理光学传播的应用包括光纤耦合(单模和多模)、通过任何类型的光学空间的衍射传播、计算由于像差导致的最佳束腰聚焦位置的偏移、以及计算光学表面的光束通量和辐照度。物理光学传播也可以用于详细分析通过复杂光学系统的任意激光束的传播，如M²计算。

设计流程：

（1）光源建模和光束聚焦

首先输入系统特性参数，如下：

在General系统通用对话框中设置孔径。

在孔径类型中选择“Entrance Pupil Diameter”，并输入“6”；

在视场设定对话框中。设置1个视场（0视场），要选择“Angle（Deg）”，如下图：

在波长设定对话框中，加入1um 一个波长，如下图：

然后在LDE中输入光源的结构参数，如下图：

查看光源的二维结构图，如下图：

此时，透镜将光束聚焦在像面上（IMA面，即第4面）。

（2）加入空间滤波器

在第3面后插入2个面，如下图：

并双击第5面，在Aperture里输入空间滤波器的孔径要求，如下图：

查看此时系统的二维结构图，如下图：

查看通过空间滤波器（PINHOLE）前后，光束发生了明显的变化，对比如下图：

从以上的对比图可以看出，空间滤波器（PINHOLE）只允许中间的基模的光通过，起到了滤波的作用。但需要注意的是，通过滤波器（PINHOLE）后的光功率也明显下降了，从1W下降到了0.176W，不足初始功率的20%。（滤波器的孔越小，滤掉的功率越多）