OpticStudio建模衍射光学表面

根据前文给出的公式，衍射角只和入射光线到达光栅处的光栅周期（T）相关，和入射点的光栅结构无关。因此，由于在OpticStudio中光线通过衍射表面时并不使用几何光线模型，衍射表面的结构不影响衍射效率，衍射级次所定义的衍射方向的效率为100%，也就是说在OpticStudio中，入射到光栅上的所有光线都会以一定衍射角出射。

衍射级次的正负决定了衍射光线与光轴夹角的正负。衍射角度的符号定义规则在不同文献资料中可能存在不同。在OpticStudio中，我们定义衍射光线与光轴的夹角为正时的衍射级次为正。

在OpticStudio中的衍射表面不仅可以定义衍射附加相位，同时还可以定义表面的折射光焦度。衍射附加相位根据用户手册中给出的定义公式，在表面截面上引入了一个连续的相位变化。由于相位变化是连续的，这些表面表示的是理想的衍射表面，其衍射结构非常小，小到甚至与波长尺寸相当。

Kinoform与二元光学

为了使衍射元件的衍射效率最大化，对于“锯齿”形状的Kinoform衍射表面的矢高设置如下图所示，各衍射区域内的矢高与相邻区域的矢高所产生的波前相位差为2π。

Kinoform衍射表面在相位差2π内的矢高是连续变化的。如果将表面的矢高近似为离散的阶梯状，例如使用光刻机进行加工的情况，我们一般将这类表面称为二元光学（Binary Optics）表面。OpticStudio中建模的衍射表面由于相位在表面各处的分布是均匀的，因此更接近kinoform。用户可以选择使用哪种表面结构，来近似模拟衍射表面的相位变化。

上图所示为折射曲面、等效的kinoform衍射表面、等效的二元光学表面的示意图，其中二元面为四阶二元光学表面。在理论计算中，在二元光学表面上使用不同台阶数进行近似对衍射效率的影响如下图所示，当二元光学表面的台阶近似数越多时，其衍射效率越接近100%。