做光學(xué)設(shè)計的人都懂：

小 F 數(shù)、強衍射場景一上來，傳統(tǒng)仿真就開始“掉鏈子”;激光雷達、干涉儀這種精密系統(tǒng)里，波前哪怕變化一點點，性能都能差出一個量級;面形誤差、散斑、鬼像這些“硬骨頭”，更不是普通分析方法能輕松搞定的。

問題不在設(shè)計本身，而在工具。要想真正吃透復(fù)雜光學(xué)系統(tǒng)，必須上物理光學(xué)仿真。CODE V 的光束合成傳播(BSP)正是業(yè)內(nèi)認可的高精度利器，幫你從根本上看清光場的真實面貌。

一、為什么光學(xué)設(shè)計離不開物理光學(xué)仿真?

現(xiàn)代光學(xué)系統(tǒng)對光路精度要求日益提高，尤其在相干光、特殊材料及非序列光路等場景下，幾何光線追跡難以準(zhǔn)確再現(xiàn)真實光場。物理光學(xué)仿真能更直觀地評估光與元件的交互并提前發(fā)現(xiàn)潛在性能問題。CODE V 提供多種物理建模方法，其中 BSP 以高精度與靈活性成為復(fù)雜光學(xué)系統(tǒng)分析的首選。

二、讀懂CODE V BSP核心邏輯

BSP全稱為光束合成傳播，是基于子光束的通用光束傳播方法。簡單來說，它會把整體光場拆解為多組獨立子光束，每組子光束完成傳播后再重新疊加，最終得到目標(biāo)面真實光場分布。

這種技術(shù)完美彌補了幾何光線追跡的短板，不管是梯度折射率材料、雙折射元件，還是非序列復(fù)雜光路，都能順暢完成建模。

BSP 核心優(yōu)勢：

1.精準(zhǔn)物理建模：精確仿真波前與衍射效應(yīng)。

2.穩(wěn)健處理截斷：準(zhǔn)確建模含孔徑截斷與孔徑衍射的系統(tǒng)。

3.適配復(fù)雜系統(tǒng)：支持梯度折射率(GRIN)、雙折射材料、非序列面(NSS)與偏振效應(yīng)。

4.預(yù)分析功能：智能推薦參數(shù)，縮短設(shè)置時間并優(yōu)化仿真配置。

5.輸入輸出靈活：支持豐富的輸入構(gòu)型，提供詳盡的輸出選項。

BSP 預(yù)分析功能會自動推薦針對你的鏡頭系統(tǒng)定制化的分析參數(shù)

三、BSP落地應(yīng)用：

覆蓋主流精密光學(xué)場景

激光掃描類系統(tǒng)

激光雷達、激光打印、掃描類設(shè)備均采用相干光，光路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，微小衍射誤差就會影響整機性能，BSP可精準(zhǔn)分析光束傳播狀態(tài)，全面評估系統(tǒng)性能。

CODE V 的 BSP 模塊具備仿真復(fù)雜光學(xué)系統(tǒng)的能力，例如含機械結(jié)構(gòu)的望遠鏡系統(tǒng)。

激光模式傳播

BSP 可處理厄米–高斯模式等復(fù)雜光場輸入，適用于非對稱諧振腔等系統(tǒng)。借助復(fù)雜光場輸入，設(shè)計者可仿真分析光學(xué)系統(tǒng)中精細的模式分布。

厄米 - 高斯復(fù)場在梯度折射率耦合器中的傳播

干涉測量

干涉儀等系統(tǒng)需合并多次 BSP 結(jié)果，Macro?PLUS 可輕松實現(xiàn)：分別對參考臂與測試臂運行 BSP 獲取復(fù)振幅并相干疊加，即可生成干涉條紋對應(yīng)的復(fù)光場。BSP 能高精度建模衍射與面形誤差，用于驗證理論模型并量化缺陷對系統(tǒng)性能的影響。

CODE V 可通過 INT 文件在光學(xué)表面上模擬局部凸起，并觀察其對干涉條紋的影響。

散斑光束效應(yīng)

散斑是激光雷達、光通信、干涉儀等相干光系統(tǒng)的常見現(xiàn)象，由表面反射、散射帶來的隨機相位波動引發(fā)，會改變光場振幅與相位，影響最終光強分布。CODE V BSP可通過干涉圖(INT)文件生成隨機相位，模擬散斑形成與傳播過程，還能測算散斑對激光雷達回波信號、信噪比及遠距離目標(biāo)識別能力的影響，真實還原系統(tǒng)性能。

在 CODE V 中使用 BSP，可以對光束在光學(xué)系統(tǒng)中的散斑光強傳播進行建模。

中頻面形誤差建模

加工產(chǎn)生的中頻面形誤差，介于高頻微觀粗糙度與低頻面形誤差之間，會嚴重影響系統(tǒng)PSF與MTF性能。BSP可通過PSD冪律模型模擬此類誤差，調(diào)節(jié)參數(shù)即可控制低頻散射強度，還能拆分仿真散射與非散射光分量，精準(zhǔn)計算誤差對環(huán)圍/方圍能量、MTF的影響，助力工程師制定誤差補償方案。

帶折射場鏡的Cassegrain Ritchey-Chretien望遠鏡。BSP 可模擬點擴散函數(shù)(PSF)的總光強，以及散射與非散射光強分量。

衍射光學(xué)元件(DOE)分區(qū)建模

衍射光學(xué)元件多用于光束調(diào)控，傳統(tǒng)PSF計算難以捕捉主±1級附近的衍射級次延展。BSP可對元件各分區(qū)光場貢獻進行相干疊加，精準(zhǔn)預(yù)測最終PSF分布，真實還原孔徑截斷與衍射特性，助力設(shè)計者精準(zhǔn)把控DOE系統(tǒng)性能。

雜峰光強分析(鬼像分析)

對鬼反射峰值光強有嚴格要求的系統(tǒng)，BSP 可計入衍射效應(yīng)，精準(zhǔn)定位感興趣區(qū)域并計算峰值光強，確保系統(tǒng)滿足嚴苛指標(biāo)。結(jié)合 CODE V 與 LightTools 可實現(xiàn)更完備的雜散光預(yù)測。

CODE V 的 BSP 可計算鬼像的峰值光強。將 CODE V 與 LightTools 結(jié)合使用，可在雜散光預(yù)測中提供互補的分析能力。

縱向點擴散函數(shù)(PSF)

BSP 不僅支持橫向像面分析，還可生成縱向 PSF，用于評估光斑在 XZ / YZ 平面的軸上焦散與離焦表現(xiàn)。只需將像面旋轉(zhuǎn) 90° 便可獲得沿傳播軸的光場擴展細節(jié)，為系統(tǒng)優(yōu)化提供關(guān)鍵依據(jù)。

在 CODE V 中，存在多種方法可用于評估點光源在橫向像面(即 X-Y 平面)上的成像性能。

四、總結(jié)

CODE V 中的光束合成傳播(BSP) 是物理光學(xué)仿真的強大工具，兼具超高精度、靈活性與效率。其先進特性使其成為衍射關(guān)鍵型光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計者的必備手段。無論設(shè)計激光系統(tǒng)、望遠鏡還是光纖器件，BSP 都能助力突破光學(xué)工程極限，實現(xiàn)前所未有的設(shè)計精度。