物理光學傳播
物理光學是一個相干的過程。當波前在玻璃和空氣中傳播，波前的每個部分都會彼此相干干涉。建立這樣一種傳播就是物理光學的領域。
物理光學傳播( POP )是 ZEMAX 使用衍射來計算光束從一個面到另一個面傳播的功能，這些面涵蓋了 ZEMAX 所有的面型。
POP 具有廣泛和強大的功能。初始的光束是隨機的，任何複雜的電場的表現都將被建立。初始的光束將在 ZEMAX 鏡頭建模中進入鏡頭面，然後傳播穿過所有的面。在光學面之間，一個完全的衍射傳播將被計算。在每個面上，傳遞函數將考慮到光學面對光束傳播的影響。漸暈、孔徑、偏振、薄膜、穿透率、像差、畸變、放大率和衍射都將被考慮。
POP 可以用來預測小孔、 Talbot 成像、邊緣衍射影響、雷射光束傳播、任何的光纖耦合、菲涅耳區域樣板等的像差校正和穿透率。
光束建模
光束的建模使用數值陣列，在陣列中的每一個點上都存儲這複振幅的電場。這裏支持任何的振幅和相位，這種功能對於高斯光束有一定的限制。
電場複振幅的相位決定了和參考面相關波前的複振幅的相位。這個振幅的大小決定了用戶所選擇的每個單位上的光束的能量，例如，有多少瓦特 / 平方釐米。
POP 支持用戶選擇的陣列的大小， X 和 Y 方向的採樣以及點到點的距離可以不同。這個尺寸和採樣在傳播過程中都會自動地配合光束。
初始的光束可以定義為下面的任何類型：
• 高斯類型，可以時單倍改變或發散的
• 均勻振幅的“ TOP HAT ”
• 利用擴展的用戶函數定義
• 利用用戶資料檔案定義
• 現有的 POP 分析定義
一旦光束被定義，傳播的方向取決於主光線定位的光束， POP 支持任意方向的偏轉，這個功能不受近軸、旋轉對稱或系統的限制。
傳播方法
光束從一個面傳播到另一個面，無論是菲涅爾衍射傳播還是角頻譜傳播演算法都將被採用。 ZEMAX 會自動選擇最高數值精度的演算法。衍射傳播的演算法對於任何的傳播距離、任何的光束都會得到正確的結果。
作為光束傳播， ZEMAX 將會自動放大或縮小陣列的尺寸以適應光束的大小。對於最小相位差， ZEMAX 將找到最好的面用來作為相位參考。
穿過面的傳播
當光束到達兩種介質間光學面的時候， ZEMAX 將會計算面兩邊的一個傳遞函數。這個傳遞函數將會考慮光學面對光束產生的影響，包括：
• 同相位的波前
• 像差
• 面振幅的穿透率
• 偏振
• 薄膜的影響
• 光柵、二元光學和衍射面的相位
• 光束尺寸和放大率的改變
• 傾斜或衍射產生的方向比的改變
• 面的孔徑產生的漸暈
• 光的能量
• 重複採用而降低精度
傳遞函數使用一種精確的面光線追跡來計算。這個被使用的光線稱為“探測光線”。這些“探測光線”用來模擬整個光束的性質。這個方法對於真實物理光束振幅和相位波動的穩定性有時不夠敏感。
傳遞函數用偏振光線追跡來考慮光的偏振。正交的複振幅和相位傳遞函數用來類比光學表面薄膜產生的光的損失和相位的旋轉。
一旦面的傳遞函數被應用，光束就會傳遞到下一個面，然後一個一個面的穿過整個系統。如果不考慮衍射的影響，分析的速度將會更快！
光束傳播的坐標系統將沿主光線，並且以座標中斷點和偏轉而發生旋轉。傳遞函數對於所有的 ZEMAX 面都進行計算，包括用戶自定義和衍射面。
偏振的支持
非偏振光的建模使用一個複振幅的陣列。
偏振光要求有兩個正交的偏振陣列的傳播。每一個陣列獨立的傳播。在光學面上，將計算一個偏振傳遞函數來應用到兩個偏振光束上。對於偏振普遍的方法取決於鍍膜或非鍍膜的面的振幅和相位。
POP 輸出
ZEMAX 可以準確顯示光學系統中的任意光學面上的光束的輻照度和相位的大小和單位，可以使用面、等高線、灰度、偽彩色或者剖面圖以及文本的形式。
所有面的完整光束的資訊都可以用資料檔案的形式存儲起來，用於後續的使用。存儲的光束檔可以用於另外一個鏡頭的傳播分析。
POP 光纖耦合
ZEMAX 可以計算光束和任何光纖模式之間複雜的重疊積分來決定耦合能量。
光纖模式將和初始光束同樣的方式被定義 - 使用一個用戶可以自由定義的公式或一個資料檔案。光線耦合可以在任何光纖模式所定義光學空間、接近或者遠離聚焦光束的情況下進行計算。
物理光學 POP 和光線追跡的比較
光線追跡對光學系統光線傳播是一種有著廣泛應用的技術，但是它不能完成所有的建模任務。非相干光線在傳播過程中彼此間不產生影響。這種情況我們稱為幾何光學。
ZEMAX 中的幾何光學特徵支援傳統的衍射計算，例如 PSF (點擴散函數)和 MTF (調製傳遞函數)。但是這些計算都是建立在幾何光學的基礎上的。光線穿過整個光學系統，在像空間重建波前。 PSF 和 MTF 只是在出瞳和像面之間進行衍射計算。
在進行幾何光學建模的時候，衍射計算僅發生在從出瞳到像面的後一個階段，發生在鏡頭之間和孔徑上的衍射被忽略了。對於許多系統，例如成像系統，這樣簡單的建模已經足夠了，但對於有些系統是不夠的。
POP 不僅僅是在出瞳上，而是以在每個面上的衍射傳播為基礎的。這將考慮鏡頭孔徑、焦點附近小孔衍射的像差移動等影響。幾何光學不能夠預測焦點附近的像差移動和能量傳播，但是 POP 可以。另外一個例子就是吉布斯現象 - 強度和相位波紋代表了穿過孔徑後的光束。
支持特殊的面
ZEMAX 中幾乎所有的面型，包括非球面、衍射面和用戶自定義面都可以使用 POP 功能進行衍射傳播的計算。
梯度折射率面、雙折射面和非序列面使用光線追跡，光線從一個面追跡到下一個面。追跡後的振幅和相位的結果將被用到一個完全的衍射傳播中。
對於這些功能，面的傳遞函數概念被擴展到多個面上，這樣一定範圍面的傳播都可以被一個簡單的傳遞函數所描述。
在這種情況下，對於一組光學面，採用光線追跡還是衍射傳播就讓用戶自己選擇了。
ZEMAX 的集成
POP 是 ZEMAX 的完全集成。僅僅使用一個已經存在的 ZEMAX 鏡頭檔、定義初始光束和一個傳播過程。它僅僅是 ZEMAX 眾多功能中的一項，非常方便實用。
光束資料可以看作是輻照度圖、顯示非偏振的輻照度或者 X 和 Y 的偏振光的組合，還有相點陣圖。
光束的輻照度和相位都可以顯示為拋面圖、面、灰度面、偽彩圖或等高圖。光學系統中的任何面情況的資料都可以看到，不管是用線性的還是對數的。
光束資料從傳播前就可以在視窗中顯示。這樣可以使傳播一旦被計算，不同面的資料就可以用不同的形式立刻顯示。
光束的任何面上的輻照度都可以在鏡頭輸出圖上顯示。 ZEMAX 可以帶有其他光學元件的同時任意畫出您保存過的光束檔的圖形。這個工具可以幫助您看到光束的相對範圍，讓您可以方便的控制光束的傳播。
POP 可以報告任何需要的最符合高斯光束參數。這些參數包括大小、束腰、散度、瑞利範圍以及和束腰相關的光束位置。
傾斜的高斯光束
為了快速的分析高斯光束，可以使用 POP 的子集。這個功能可以建立一個發生穿過系統後發生像散的高斯光束，甚至是一個傾斜(非軸向，非垂軸)的光線。這個功能報告光束的尺寸、束腰、散度、瑞利範圍以及 X 和 Y 方向的座標。
傾斜高斯光束的優點在於可以快速的進行計算並且高效的優化任何光學系統中的傾斜高斯光束的品質。
POP 的應用
POP 應用廣泛，針對 ZEMAX 所建模的幾乎所有的光學系統，任意的光束都可以快速的進行傳播分析。普遍的應用包括：
• 建立空間的像差濾波器
• 針對鏡頭或孔徑邊緣的衍射
• 相干物理光學光束的光纖耦合
• 任何鐳射光束穿過複雜光學系統的傳播
• 光束成形設備的分析
• 穿過小透鏡陣列光束的衍射傳播
• 傳播光束之間的相干
• 光學空間衍射傳播的正確建模
• 針對像差焦點位置束腰改變的計算
• 計算面上的光學能量