人工晶体模拟研究

前言

人工晶体又称人工晶状体，是经手术植入眼睛里，代替摘除的混浊晶状体的精密光学部件，一般用于治疗白内障或近视。人眼晶状体变得浑浊致视力下降时，人工晶体可以用来取代人眼晶状体。人工晶体也可以用来纠正视力的近视，远视或散光。经过多年的研究和发展，人工晶体的设计也趋于多样化。其中包含了如折射单聚焦的镜头，更复杂的衍射单聚焦的镜头。在这两种情况下，Zemax为设计师提供了一个很好的工具模型，可以分析大多数类型的人工晶体的性能。人工晶体取代了人眼的晶状体，以此改变光焦度，这种类型的晶体称为有晶状体眼人工晶体。

衍射人工晶体

折射、单聚焦的人工晶体纠正患者近视或远视。然而，这种设计的问题是无法同时纠正。出于这个原因,现代人工晶体的设计提供了一个替代方法：多焦点人工晶体。这些镜头提供了多个光焦度，使用者可以在多个点聚焦。双焦人工晶体是一个比较受欢迎的设计，双光焦度，一个用于近视，一个用于远视。在本文中，我们将关注双焦人工晶体的设计。 

双焦点人工晶体利用光的衍射特性，当不同的光波传播并重合在一个位置的时候，两束光发生了干涉。这种干涉是的光波光程的函数。当光程差是半波长的时候，两束光发生相消干涉，振幅将下降到0。双焦晶体利用的就是这种干涉理论。这种镜头将会有一个基本的光焦度值，并由一个或多个平面上诸多同心环形区域构成。光通过这些环形区发生干涉，可以通过控制环带大小来控制其干涉效果。下图是一个双焦晶体的示意图，由非球面和环形区域构成，此图是环形区域被放大之后的示意图。

图1.双焦晶体示意图

为了明确衍射人工晶体是如何工作的，我们用等间距的环带来进行近似。相邻的两个环之间有半波长的光程差，此时发生了相消干涉，焦点位置能量下降到0。如下图所示，A点位置的有半波长的相位差，发生相消干涉；B点位置相位差为0，发生相长干涉，在不同的衍射级次出现不同的焦点。 

图2.双焦点示意图