本文阐释了如何配置物理光学传播（POP）以模拟通过透镜阵列的传播过程，同时为在复杂系统中使用POP提供了一些实用的设置指导。
作者 Mark Nicholson
简介
在某些情况下，OpticStudio的光线追迹功能可能难以对系统进行准确建模。例如，在包含透镜阵列且形成多重像的系统中，多重像的存在使得出瞳的定义变得模糊，从而难以执行惠更斯点扩散函数（PSF）或快速傅里叶变换（FFT）分析。此时，物理光学传播（POP）便成为有效的解决方案。POP将波前视为单一的复振幅阵列-这是一种更自然的处理透镜阵列的分析技术。
本文将使用POP分析一个7x7的透镜阵列示例。
系统定义
在附件文件中，一个 7 x 7 的透镜阵列在像平面上形成了一组光点：
尽管理论上所有几何光学函数均能正常工作，但在处理此类系统时，快速傅里叶变换（FFT）与惠更斯点扩散函数（PSF）方法会面临困难，这是因为波前误差的度量是基于一个位于系统出瞳处的单一参考球面。然而，对于一个物点可形成49个空间上相互分离的像的系统，其“出瞳”究竟为何物？显然，由于波前并非会聚于单一的像点位置，无法适用单一的参考球面。在这样的系统中，光程差（OPD）分布图、波前差、点扩散函数（甚至“点扩散函数”这一概念本身）均失去了其物理意义。
物理光学传播将波前视为一个单一的复振幅阵列，因此能够更自然地处理光束与透镜阵列相互作用的情形。尽管需要进行一些设置上的考量，但整体而言，利用物理光学传播进行分析是十分直接的。
POP设置
与基于光线的波前计算方法类似，物理光学传播也采用参考基准，以降低采样要求。通过引入参考基准，OpticStudio仅需分析光束相对于参考基准的相位差，而无需分析光束的绝对相位。在POP中，该参考基准通过引导光束逐面计算得到，引导光束是与发射光束最匹配的高斯光束。
随后，使用倾斜高斯光束传播将引导光束从一个表面传播至下一个表面。在每个表面上，系统会计算出新的光束参数，例如新的束腰、相位半径或位置。然后根据引导光束的特性，判断实际分布是在瑞利范围内还是范围外，并据此选择合适的传播算法。
然而，当光束被分裂为多个子光束时，引导光束方法会遭遇与参考球面完全相同的问题：某一子光束的相位参考无法作为其相邻子光束的有效参考。因此，在此情况下，我们需关闭引导光束参考功能，转而采用平面波前作为参考（注意：如果光束本身已具有确定的相位曲率半径，我们也可选择使用该曲率半径作为参考）。
只需打开透镜阵列表面的表面属性，进入“物理光学”选项卡，选择“输出Pilot Beam半径”，并将其设置为“平面”即可（在所提供的示例文件中，此设置已预先完成）。
输入光束的相位现在以平面为基准进行测量，而非以最佳拟合高斯光束为基准。当然，光束的采样需要设置得足够高，这一点可以通过观察光束经过透镜阵列表面的折射后的相位来验证：
随后，可将光束传播至像面，即可观察到具有正确相对强度与衍射结构的光斑阵列：
当采用对数缩放时，衍射结构更容易被看到：
阵列尺寸
对于此类文件，还有另一个使用技巧：不要使用“自动”（Auto）按钮来设置光束阵列的尺寸。
这一问题同样源于系统“单束光输入、多束光输出”的本质。当OpticStudio利用引导光束对光束通过该系统的可能传播进行初步分析时，将利用这些数据计算光束阵列大小。该计算将得出“入射光束会聚形成微小光斑”的结论，并尝试设置入射光束的尺寸，使我们在输入域和接收域均获得最佳采样。
然而，本文首页的点列图表明，光束实际上会保持其原始尺寸不变。它会被分割成多个子光束，但整个阵列的总体尺寸并不会改变。因此，只需将阵列的横向（X）和纵向（Y）宽度设置为输入光束宽度的若干倍，这样阵列边缘就不会有显著的能量截断：
这样，计算设置即告完成。
KA-01402