<![CDATA[讯技光电&黉论教育]]> <![CDATA[BSDF数据导入与拟合]]> 简介

在FRED中，列表形式的BSDF数据可以使用如下两种方式。
1. 按照FRED可以识别的数据格式直接导入作为散射模型。
2. 使用BSDF数据拟合工具来产生合适的函数模型。

数据文件的格式

在FRED中能被识别的测试数据必须按照如下的规格形式。数据文件的开头包含两行，
第一行指明提供的数据类型，第二行是对数值做出解释。开头正确的格式如下：

type bsdf_data
format angles=[deg/sin] bsdf=[value/log] scale=xxx

在第二行的表头，[]提供了可选的指标。角度值可以是极化/方位角度或方向余弦。BSDF值可以是实际的BSDF值或log(BSDF)。Scale 是BSDF数据的尺度因子。
文本文件余下的行由两个组成，指明镜像方向相对应的散射数据，以及3个一组构成的散射方向和BSDF值。正确的数据输入格式如下：

Θspec_1  φspec_1
Θscat_1  φscat_1  BSDFscat_1
Θscat_2 φscat_2 BSDFscat_2
…
Θscat_n φscat_n BSDFscat_n

Θspec_2 φspec_2
Θscat_1 φscat_1 BSDFscat_1
Θscat_2 φscat_2 BSDFscat_2
Θscat_1 φscat_1 BSDFscat_1
Θscat_2 φscat_2 BSDFscat_2
…
Θscat_n φscat_n BSDFscat_n
…
具有镜像0°和15°测试数据正确的格式文件的例子如下：
type bsdf_data
format angles=deg bsdf=value scale=1
0 0
-30 0 0.0003
-20 0 0.0005
-10 0 0.0015
0 0 0.1
10 0 0.0015
20 0 0.0005
30 0 0.0003
0 0 0.1
15 0
-30 0 0.0003
-20 0 0.0005
-10 0 0.0015
0 0 0.1
10 0 0.0015
20 0 0.0005
30 0 0.0003
0 0 0.1

方法1：导入测试数据作为散射模型
如下的步骤是导入格式数据作为散射模型
1. 在树形文件夹散射文件中，右键在列表中选择创建一个新的散射模型。





2. 在列出诸多的类型中，下拉列表选中Tabulated BSDF(Reciprocity-obeying sampled BSDF)

3. 在file框中，右键选择”Replace With Data from a File.”



4.浏览包含散射模型的文本文档，并点击OK.



方法二：拟合数据到函数模型

BSDF数据拟合工具可以读取ASCII文件的列表BSDF数据，以及拟合数据到任意的二项式或多项式散射模型。二项式和多项式散射模型具有如下的函数模型：



BSDF数据拟合工具，如下图所示，可以通过如下方式获取
菜单/工具/BSDF数据拟合/二项式、多项式数据拟合



两种拟合方式可选，一个是通过制定n,m,I和I’参数拟合函数，另一个是执行回归拟合，结合在n,m,I和I’提供的范围内拟合。无论哪种方式，从拟合工具对话框得到的拟合结果都可以被用来创建一个新的散射模型。



模型验证

一旦散射模型创建了，无论是使用上述的方法1或2，模型必须进行验证。在树形文件夹散射模型节点右键打开一个可选项：输出详细的摘要报告到输出窗口，2D画图使用角度或β-β0,使用用户自定义镜像角3D画图。详尽报告、2D和3D画图将会给出总散射。拟合最小不确定性在5%左右。
]]> <![CDATA[TRCX：OLED中的电容计算]]>
(a) OLED结构

(b) 电容计算结果
]]> <![CDATA[Techwiz LCD 1D：宾主效应液晶模式]]>
（a） 具有二向色性材料的液晶盒结构

（b）具有和没有二向色性材料的透射率差异
]]> <![CDATA[具有连续调制光栅区域的光波导优化]]> 摘要

在增强现实和混合现实应用 (AR & MR) 领域的光波导光学器件设计过程中，横向均匀性（每个视场模式）和整体效率是两个最重要的评价函数。 为了在光波导系统中获得适当的均匀性和效率值，有必要允许光栅参数的变化，特别是在扩展器和/或输出耦合区域中。 为此，VirtualLab Fusion 能够在光栅区域中引入平滑变化的光栅参数，并提供必要的工具来根据定义的评价函数运行优化。 此用例展示了如何使用连续变化的填充因子值优化光波导，以获得足够的均匀性。



任务描述



光波导组件



使用光波导组件，可以轻松定义具有复杂形状区域的光波导系统。 此外，这些区域可以配备理想化或真实的光栅结构，以充当输入耦合器、输出耦合器或出瞳扩展器。 更多信息请见：



光波导的构造

光栅区域



对于输入耦合器、输出耦合器和眼瞳扩展器 (EPE)，使用了真实光栅。 他们的瑞利矩阵和相应的效率是用 FMM (RCWA) 严格计算的。 您可以在以下位置找到有关如何设置的更多信息：



如何使用真实光栅结构设置一个光波导

总结-组件




带有附加指南的一般工作流程

1. 基本光学光波导设置的配置（不属于此用例的一部分）

2. 足迹和光栅分析工具的应用，包括生成满足参数调制所有要求的光学设置

3. 光栅参数所需调制的定义

4. 选择变量并定义评价函数以优化调制光栅参数。

起点是一个现有的、可执行的光波导系统，其中已经包括基本几何结构（所需距离和定位光栅区域）以及光栅规格（方向、周期、级次）。这个例子取自：
• 构建光波导 [用例]
• 光波导布局设计工具 [用例]

配置光栅区域的真实光栅结构，这是应用光栅参数连续或平滑变化之前的必要步骤：
• 如何设置具有真实光栅结构的光波导 [用例]
• 使用真实光栅模拟一维-一维瞳孔扩展器 [用例]

足迹和光栅分析工具用于指定光栅参数变化的所需范围，并针对特定条件（波长和方向）预先计算相应的瑞利系数。下一步，生成光学设置，其中可以定义平滑参数变化：
• AR/MR 应用光波导的足迹分析 [用例]
• 光波导上的光栅分析和平滑调制的光栅参数 [用例]

注意：
光栅调制是针对各个光栅区域定义的。

足迹和光栅分析



在足迹和光栅分析工具的帮助下，光栅特性（复值）被预先计算并存储在查找表中，用于选定参数的指定范围（例如填充因子）。 根据可用的效率调制范围选择填充因子的初始范围。 更多信息可参见：



光栅分析和在光波导上的平滑调制光栅参数

初始系统的生成



• 具有所谓光栅参数调制功能的光波导设置由足迹和光栅分析工具生成（包括光栅特性）。

• Uniformity Detector 用于定义优化的评价函数。

定义光栅区域的调制函数



• 打开光波导组件中区域的编辑对话框； 光栅特性
并且查找表存储在光栅区域中。
• 编辑光栅参数调制功能，使其定义为可编程功能，光栅参数的预期线性调制由开始和结束位置的值定义（EPE 从左到右边界，耦出合从上到下）。

初始系统的生成



在分别为 EPE 和输出耦合器定义调制后，可以通过 Optical Setup > New Parameter Optimization 启动参数优化文档。



优化设置-选择参数



• 分别为EPE 和输出耦合器光栅选择调制开始和结束位置的填充因子值。

• 根据调制功能编辑器中的设置自动填充原始值。

优化设置 - 指定约束



• 定义变量的可用范围（此处：EPE 和输出耦合器的填充系数）。

• 为了实现低均匀性误差和可接受的强度分布，将均匀性误差的目标值设置为 0%，并指定算术平均值的目标值。

• 通过定义评价函数的权重值，可以调整优化的贡献（相关性或优先级）。

优化结果



优化结果





优化均匀性与能量密度

通过眼动范围对初始和优化系统进行的线扫描揭示了均匀性和局部能量密度的差异。



VirtualLab Fusion技术



  
文件信息



]]> <![CDATA[Jcmsuite应用：脊形波导模式分析]]>
根据集成电路的设计和功能，这种波导可以呈现为直线或曲线结构。JCMsuite允许方便的分析直和弯曲的情况。

在项目文件中定义了数值传播模式设置，其中设置参数AxisPositionX = -1e-6，用于设置波导问题的曲率。因此，将二维截面处理为圆形沿着y轴进行一个扫掠。另外y轴由AxisPositionX替换，即柱面轴的x方向位于AxisPositionX。当省略参数AxisPositionX时，AxisPositionX >Infinity情况收敛于未弯曲/笔直情况，这是积极地。计算出的1e-6曲率半径的有效折射率为3.0189192705+0.0000001039i。与给出有效折射率为2.9854767050+0.0000000000i的笔直情况相比，有效折射率的虚部量化了沿弯曲波导前进时由于模态泄漏而造成的辐射损失。

下面是弯曲波导基模的强度和矢量场：
]]> <![CDATA[光波导系统中光栅几何结构的优化]]>
VirtualLab Fusion为这项任务提供了一系列强大的工具，如：可以计算基本优化函数(如均匀性和效率)的探测器，以及沿着布局的特定区域实现光栅参数平滑变化的可能性。后一种方法可大大减少优化中自由参数的数量，同时保证灵活性。要了解更多信息，请查看下面的示例!
连续调制光栅区域光波导的优化



这个案例演示了如何优化一个光波导，使其在EPE和输出耦合器区域的光栅填充系数不断变化，以实现眼框中适当的横向均匀性。
参数优化文档简介


VirtualLab Fusion提供三种局部和一种全局优化算法。这个案例介绍了相关的参数优化文档及其选项和设置。]]> <![CDATA[Techwiz LCD 1D应用：OLED反射颜色模拟]]> 建模任务

在环境光（D65）的反射下，模拟偏光片不同厚度的补偿膜所引起的不同视角下的颜色变化。


结果

d=9.53um


d=46.76um
]]> <![CDATA[用于光波导系统的均匀性探测器]]> 摘要                                                              

在评估AR/MR(增强或混合现实)设备中光波导系统的性能时，眼动范围内光线分布的横向均匀性是最关键的参数之一。为了在设计过程中测量和优化横向均匀性，VirtualLab Fusion提供了均匀性探测器，可以进行所需的研究。在本文件中，我们将演示可用的选项以及如何操作均匀性探测器。



案例演示                                                                  



均匀性探测器  

                                                                  

探测器功能：相干参数                                        
 如果存在多个相干模式，则重叠的模可以相干叠加、非相干叠加或部分相干叠加。
 对于部分相干叠加，可以通过输入相干时间(或从相干时间和长度计算器复制)来指定相干程度。



探测器功能：光瞳参数  
                                                                  
 均匀性探测器评估在配置的局部区域(称为光瞳)的照射强度。
 每个光瞳由其大小(dx×dy)和形状定义，可以设置为椭圆形或矩形。



椭圆形光瞳：

矩形光瞳：

探测器功能：光瞳位置                 
                                      
 一旦设置了所考虑的光瞳的大小和形状，则必须配置探测器窗口中的光瞳数量和位置。
 第一个选项是，根据每个单独足迹的中心光线自动确定光瞳的位置。
 探测器只会将光瞳放置在所有光瞳都在探测器窗口内的位置。所有其他部分足迹将被忽略。


                                                          
基于中心光线的光瞳位置示例      
                                              

                                                          
探测器功能：光瞳位置      
                                              


排列在网格上的光瞳位置示例                                                      



注：虚线圆圈仅用于演示光瞳，用户不会在模拟中看到它们
                                                          
眼箱中横向均匀性的测量                                                        


                                                          
均匀性探测器输出

                                                                                                           

均匀性探测器输出示例                                                        


                                                            
文件信息                                                      



]]> <![CDATA[具有二维出瞳扩展和人眼模型复杂光波导系统]]> 摘要

为了突破增强和混合现实（AR/MR）领域的限制，对更复杂的光波导系统的需求不断增加。VirtualLab Fusion提供了一套工具，可用于此类复杂系统的设计和建模。为了演示VirtualLab Fusion的功能，本文介绍了一个具有2D出瞳扩展器和耦出器中的倾斜光栅的示例性光波导系统。此外，通过人眼模型评估了点扩散函数（PSF）和调制传递函数（MTF）。最后，对眼动范围的横向均匀性进行了评估。



任务描述



光导元件



出瞳扩展器（EPE）区



耦出区域



人眼模型



摘要-组件。。。







系统中不同位置/平面上的场



MTF和PSF–计算



光导后的横向均匀性评估



VirtualLab Fusion 技术



文件信息


]]> <![CDATA[前房角镜]]>
从非侵入性的医疗程序，以及超灵敏的诊断仪器，光子器件在今天的生物医药产业中，发挥不可或缺的作用。过去的四分之一世纪里，资深光学工程师借助先进的软件工具与适时的设计，将这些新技术引进市场。然而Photon Engineering公司坚信其光学工程软件产品FRED，可以帮助并加快创新的步伐，使生物医学界的成员，更能直接、充分地参与这一进步的过程。FRED结合人机界面(GUI)，可任意建构几何图形，并可直接由此接口中获得其对象外观，并拥有可满足此一精密设计需求的强大计算引擎之能力。而最能表达呈现FRED与生物医药产业相关性的几个熟悉但创新的应用范例：诸如前房视镜、激光诱导荧光毛细管、以及人体皮肤模型。


生医光学组件 范例 1：前房角镜

在诊断和治疗青光眼的过程中，能否监测虹膜和角膜角度是一个关键因素。要量测这个虹膜和角膜内表面的夹角，必须使用前房角镜，通由眼睛的入口处，照亮这些表面，并且能高效率的收集返回的光线。

一个精确的人眼模型，是进行前房角镜模拟运算中不可或缺的组件。以下图1所显示的是以FRED建构的人眼前庭部份的构造。此一特定的人眼模型，是根据Smith & Atchison以及Schwiergling所提出的人眼参考模型。此人眼模型的材料性质，则取材自Tuchin。而所有眼睛的主要组件，也都包含于此模型中，包括：角膜的前方和后方表面、虹膜、晶状体和水漾液。数种完整的人眼模型可于FRED安装后目录的范例数据夹下获得。

如果有需要对人眼模型的组件进行修改一完整的多参数汇集的输入对话窗口能给予使用者有效的定义其特性，如图2 所示。

使用者可以直接在FRED人机化界面中存取曲率、孔径、微调、定位、材质，散射，镀膜与中心位置上可视化的对象特性。

图1. LED 模型：人眼的前房部位
图2.  FRED的表面特性对话窗口

在人眼模型能使用的情况下，下一步将要建构前房角镜头的模拟。FRED可以轻松的从CodeV、ZEMAX或OSLO汇入所设计的透镜。在FRED中经由一个简单的操作，就可以将前房角镜定位在眼角膜上。FRED对于每个表面，都存在一个局部坐标系统。当加入任何一个对象时，可以相对地定位于其它的物件。如图3所示，前房角镜头被置于相对于眼角膜的外表面。


图 3. 在任一坐标系统定位一个对象.

实际上，此前房角镜是藉由一种表面间的指数匹配液耦合到角膜上。FRED具有独特的"胶合"特性，可以很容易地插入这个指数匹配层。接触这些表面的操作非常的简单：进入前房角镜后表面的编辑模式，打开"Gule"的目录选项，选择角膜前表面作为"胶合"面，最后选择要粘合的材料。其操作如图4所示。图5为完整的几何模型。

图 4. “胶合”房角镜到角膜上
图5. FRED系统内前房角镜和人眼模型的剖面图

几何模型建构完成后，仿真程序准备的下一步骤是建构光源，照亮眼睛前房（在角膜和虹膜之间）。标准前房角镜的程序指出，所需的最理想照明光源为狭缝光源。于图6展示的为FRED光源设定对话窗口。Positions/Directions目录选项可允许使用者设定所需的光线数、光源的尺寸和角度的特性。


图 6. Source对话框的位置/方向目录选项.
为进行更深入的分析，使用者或许需要的光源为具有特殊的光频谱信息、切趾角度或位置。这些操作以及许多其它关于光源的定义，都可以在Source对话窗口的各种目录选项找到。使用者可以选择如图7所显示的标准CDF波长，或如同图8所示的来数字化光源光谱曲线。注意这两个实例，FRED可将不同的波长以颜色区别，而易于观看。


图 7. 设定FRED中的光源频谱

图 8. 数字化包含频谱数据的图形创建一个FRED光源

增加光源所定义的切趾也是一简单的操作流程。在FRED中光源对话窗口内的Power目录选项中，提供了数种可预先定义切趾的选项，以供定制所需的光源轮廓。图9为展示一高斯特殊切趾类型的laser diode(雷射二极管;激光二极管)或 LED的典型范例：


图 9. FRED光源高斯空间切址法.

在置入光源之后，开始去最佳化照明状态后，一额外的颜色视学用于影像光线经过前房角镜后能让使用者易于观看。FRED提供数百种惯用的透镜在七种热门厂商数据库中。此完整的光线追迹模型如图10 所示。

图 10. 前房角镜模型描光路径图。光线颜色代表特定的表面交集

在此文中，光线的颜色并不是根据波长而订定的。FRED具有当光线碰击到表面时，能将4种不同的情形以颜色区别出来：反射、穿透、散射或绕射。如图11 ，从角膜后方表面散射的光线可改为绿色，而从虹膜散射的光线为红色。


图 11. 根据表面和交线的种类来设定颜色.  

作为FRED中一个分析的范例，如图12为透镜焦点的斑点图，期能展示光线在虹膜与角膜内的散射情形。上图与下图对照着如右所示的平面与曲面的虹膜的差异。正如我们所期许的，在影像的撷取中我们能观看出下图具有一较小或封闭的角度。

图 12. 使用平面和曲面虹膜的点状图
]]> <![CDATA[光波导系统的性能研究]]> 任何光学系统的设计过程都必须包括对系统性能的研究，这是一个关键步骤。当然，这包括用于增强和混合现实（AR/MR）领域的光波导设备，作为光学系统相对复杂的代表。根据不同的应用，“性能”可以由不同的评价函数定义。VirtualLab Fusion为光学工程师提供了一套有用的工具和探测器，用于研究系统的特性。

下面我们展示了两个以光波导性能评估为中心的示例：一个具有2D瞳孔扩展的NED（“near to exe”）设备和人眼模型，用于计算MTF和PSF，另一个是关于横向均匀性的表征。

具有二维光瞳扩展的复杂光波导系统
提出了一种复合光波导系统，包括二维周期出瞳扩展器和耦出器中的倾斜光栅。评估了PSF和MTF以及横向均匀性。

光波导系统均匀性检测器

为了评估AR/MR器件领域中光波导系统的性能，眼动范围中光分布的横向均匀性是最关键的参数之一。这个用例展示了如何使用VirtualLab的一致性检测器。

]]> <![CDATA[光波导上的光栅分析和平滑调制光栅参数]]> 1. 摘要


为了控制用于 AR/MR 应用的光导设备的均匀性和效率，有必要在某些区域，例如 在扩展和输出耦合光栅区域，引入变化的光栅参数，例如填充因子或光栅高度值。
为此，VirtualLab Fusion 能够在一个区域内引入平滑变化的光栅参数，其中可以以非常不同的方式配置所需的变化。 这还包括一个工具，用于研究针对特定入射条件和光栅参数提供的衍射效率。 这个例子解释了如何应用这些工具。



2. 建模任务的说明

在光导上引入连续调制的光栅参数（例如，填充因子）。



3. 带有附加引导的常规工作流程

起点是一个现有的、可执行的光导系统，它具有基本的几何配置（所需的距离和定位的光栅区域）和光栅规格（方向、周期、阶数）。
• Construction of a Light Guide [Use Case]
• Light Guide Layout Design Tool [Use Case]
需要参数调制的区域必须使用真实的光栅结构进行配置。
• How to Set Up a Lightguide with Real Grating Structures [Use Case]
• Simulation of 1D-1D Pupil Expander with Real Gratings [Use Case]
足迹和光栅分析工具用于指定光栅参数变化的所需范围，在光栅相互作用的指定条件下严格计算相应的瑞利系数，并生成可以定义实际参数变化的光学设置 .
• Footprint Analysis of Lightguides for AR/MR Applications [Use Case]
注意：光栅调制是为单个光栅区域定义的。

4. 打开足迹和光栅分析工具并设置光学装置



5. 足迹和光栅分析工具



6. 光栅参数和相关范围的选择


• 可以同时改变一个或两个光栅参数。
• 参数空间的采样可以相对粗略，因为随后将在计算点之间应用插值技术。
• 该表列出了光栅的所有可用参数。 对于在一个区域内引入调制光栅参数，不允许使用改变光路的参数（如周期等）。



7. 查找表的计算

在配置所需的光栅参数变化后，可以通过单击计算查找表来计算生成的光栅特性并将其存储在查找表中。



查找表是针对在足迹和光栅分析工具的第一步中确定的光栅参数和 FOV 模式的定义变化计算的。 查找表会自动保存到指定文件夹：





8. 光栅性能的研究




9. 从查找表加载瑞利矩阵




10. 更新光学系统的产生




11. 光栅调制配置



12. 基于采样位置或网格的调制







13. 基于解析描述的调制



14. 基于数学描述的调制




文件信息



]]> <![CDATA[方形晶胞]]>

光栅被S和P偏振平面波照亮。JCMsuite计算近场分布。下图显示了当波长为193nm时，平面波从衬底侧垂直入射到结构内的近场强度
S偏振光照明的场矢量

P偏振光照明的场矢量

后处理傅里叶变换计算透射衍射级次的振幅。

参数扫描

Matlab®脚本data_analysis/run_scan_illumination.m提供对入射角的扫描。它产生了以下图表，显示了反射和透射衍射级次的强度：


在脚本data_analysis/run_scan_width.m中,在一个固定的照明角度下，其中图案宽度从150nm增至250nm。这将产生以下依赖关系
]]> <![CDATA[用于AR/MR的光波导足迹分析]]> 摘要

用于增强或混合现实应用的任何类型的光导系统，其设计过程中的一个主要部分是用于输入耦合器、输出耦合器和出瞳扩展器光栅区域的配置。为此，对光传播以及发生的光栅相互作用进行快速而简单的概述非常有帮助：足迹分析。借助足迹和光栅分析工具，VirtualLab提供了一个强大的工具，可在此过程中为光学工程师提供支持。在本文档中，讨论了这个多功能工具的选项和功能。



足迹和光栅分析工具
 足迹和光栅分析工具是光导工具箱黄金版的一个特色。
 它可以在开始功能区的光导部分进行初始化。



操作工具的基本流程



步骤1：选择要分析的设置。它可以通过布局设计工具生成，详见：

光导布局设计工具

但是请注意，足迹和光栅分析工具并不局限于特定的布局类型。您可以加载文件或直接从已经打开的文档中选择一个文件。



步骤2：定义该工具应该考虑的视场范围。
步骤3：单击分析按钮。关于分析进度的详细信息将在按钮下方的面板中提供。

理想和实际光栅结果

足迹和光栅分析工具的结果可以分为两个方面：



相互作用的足迹数据



相互作用的足迹数据文档提供了一个所有光束足迹打到一个给定的光栅区域的彩色编码插图，配置视场(FOV)的不同模式有不同的颜色。用户可以选择在图中显示的视场模式。
注意
 如果 VirtualLab Fusion记录了部分入射光束，则取决于基本光路中的“通道分辨率精度”设置。
 无论这个区域的光有多小或如何调制，该显示都不会区分，并且将始终描绘完整的、相同大小的足迹圆。

中央视场的数据



倾斜视场模式数据



热图文档



足迹原始数据文档



 原始数据结果描述了每种视场模式下每个足迹的中心位置。
 这一信息可用于确定相互作用的数量，并可作为在需要创建具有调制功能的光路时考虑适当支撑点数量的基础。后者在用例“光导上的光栅分析和光栅参数的平滑调制”中有更详细的解释。

文件信息


]]> <![CDATA[Litestar 4D应用：足球场照明]]> 在足球场电气设计中，场地照明是非常重要的组成部分，需要满足运动员比赛、观众观看比赛、应急照明的需要，对于高等级场地而言，还要满足电视转播、场内广告等的需要。

以下是由Litestar 4D关于小型足球场照明的案例

1. 工程数据

1.1 场景信息



1.2 灯具/测量信息



1.3 源信息



2. 区域景观
2.1 2D平面视图



3. 灯具资料

3.1 带灯具的2D平面视图



3.2 灯具表格



3.3 瞄准点概述表



4. 结果表格
4.1 水平照度 Values on: 地面




4.2 Y轴负方向的垂直照度 Values on: 工作面 (h=0.00 m)



4.3 TV垂直照度 Values on: 电视虚拟平面 (h=1.50 m) - 电视摄影机 1 [x=0.00 y=30.00 z=1.50] m =>





5. 图片
5.1 图片



5.2 图片



5.3 图片



6. 效果图
6.1 效果图


]]> <![CDATA[光栅级次分析器]]> 摘要

分析特定衍射级的衍射效率是光栅结构的典型建模任务。由于特征尺寸和周期较小，与使用的光波长相当，因此必须通过严格的方法计算效率。众所周知的FMM或RCWA是解决此任务的一种常用算法，在VirtualLab Fusion中也可用。这种全矢量方法的结果是复数瑞利系数，它包含每阶所需的所有场信息，从中可以获得相应的效率。VirtualLab Fusion中的光栅顺序分析器帮助我们生成并以图像方式显示复杂光栅结构（一维/二维周期）的所有信息。



光栅规格


•为了演示光栅阶数分析器，使用了具有正弦光栅形状的一维光栅以及多层光栅。
•操作中的层，提供高反射（HR）功能。
•光栅参数在堆栈中设定，其通过光栅组件的编辑对话框中完成。



光栅级次分析器设置


•定义光栅结构后，可使用所需的光栅级次分析器计算瑞利系数和相关衍射特性。
•此外，各种输出选项可用于显示结果。
•这是通过分析器的编辑对话框完成的，该对话框通过双击光学设置视图中的相应元件显示。



通用设置


•在“常规”选项卡中，您可以选择分析透射或反射。
•此外，您可以指定光栅分析器输出需要的文件。
−级次收集：生成一种类型的文档，该文档提供视场/光强在级次中的分布方式的可视化表示，并包含以数字形式显示的信息。级次收集是为传输和反射单独生成的。有关级次收集文档的更多信息，请参见下一张幻灯片。
−单级次输出：激活菜单右侧的“单级次”选项卡。（见下页）
−总和传输，吸收和反射：相应的信息（即，能量在这三种效应中如何分布，不进一步将结果细分为单个光栅级次，而是作为总值）将显示在探测器结果选项卡中，或作为参数运行或参数优化的结果。
−极坐标图（角度）：生成另一个文档，该文档提供不同显示光栅级次的可视化，其中显示的角度对应于级次的衍射角，半径表示效率。这种类型的可视化仅限于单个平面。有关极坐标图文档的更多信息，请参见下一张幻灯片。



单级次设置

•在“常规”选项卡中选择“单级次输出”选项时，激活“单级次”选项。您可以在其中选择应记录的单级次信息。
•单级次输出控制是否提供有关单个级次（衍射角、效率、瑞利系数…）的信息（取决于模拟的运行方式，在探测器结果选项卡中，或作为参数运行或参数优化的结果）。
•如果您想使用参数运行或VirtualLab Fusion的参数优化来分析和优化特定级次的光栅，此选项非常有用。



单级次设置



探测器选项卡中的输出

•如果光栅级次分析器在光学设置中处理，则单阶输出值记录在探测器结果选项卡中。
•这些值在参数运行和参数优化中也可用。



在极坐标图中输出数据

•光栅级次分析仪的极坐标图输出绘制了反射级次和透射级次的效率与x-z平面中的角度的关系。
•它还提供了显示所有级次的角度和效率的表格。



极坐标图中设置



光栅级次输出



级次设置



级次设置


•在属性浏览器的View选项卡中，用户可以进一步配置信息如何显示。
•从视觉角度来看，最重要的是颜色设置——可以为视图选择背景颜色，以及颜色查找表来表示显示数据的值。



级次设置



用户设置特定级次示例



用户设置特定级次示例



用户设置特定级次示例



圆锥衍射的可视化


•在光栅配置对话框的位置/方向面板中，可以改变光栅相对于光源的方向。
•对于这个用例，我们使用Theta = 40°和以PHI = 40°为例。



效率与衍射级次



效率与给定距离的衍射级次位置



效率与衍射级次的笛卡尔角度





]]> <![CDATA[FRED应用：手机背光显示]]>
简介

移动设备如智能手机、电子阅读器和手表在当今世界正变得无处不在。这就需要准确的光学工程的来优化手机功能的性能，如相机系统、传感器和显示器。

手机显示的一个关键设计目标是在它的面积和视角范围内实现均匀的照明。另外，它应该具有高的光学效率，以减少功率损耗及提高电池寿命。通过使用紧凑和高效的LED灯耦合到一个透明波导中，侧入式LED屏幕完成了这一目标。元件如背面反射、微结构图案、亮度增量膜和扩散片可纳入在显示中，以提高效率和均匀性。在这个FRED模型中，侧入式LED智能手机显示上是一个虚拟原型。通过沿着波导加入渐变扩散片，可以实现均匀照明。

具有扩散片的侧入式LED显示屏

波导

系统中的第一个元件是一个矩形波导。尺寸[25 x 40 x 1 mm]半长、半宽和半高根据以下属性创建：

图1.波导材料、涂层和光线追迹控制属性

LED阵列

LED将会模拟为一个小的矩形朗伯发射体，具有[1.8 x 0.7 mm]x半孔径和y半孔径的尺寸，嵌入到波导的边缘来最大化光学效率。这可以由FRED详细光学光源类型描述。

通过右键点击创建完成的LED光源并选择“Edit/View Array Parameters…”，可以沿着波导的顶面创建5个相同的LED组成的阵列，LED之间的间隔设置为10mm。


图2.LED阵列设置

反射片

通过回收可能从显示器背面出射的光，后反射片将会提高显示器的光学效率。后反射片可以由一个[25 x 11 mm]半宽和半高的反射表面来模拟，该表面位于波导的背面，并垂直移动了1mm（远离LED阵列）。在波导前端面的前面LED末端上创建一个[25 x 1 mm]半宽和半高反射表面，一个小的前向反射镜也添加到了嵌入式LED阵列的前面。前反射片和截短的后反射片也减少了直接折射出显示器的底部的多余光，增加了均匀性。

脚本编写扩散片

没有扩散片，光线将折射出波导，或是经全内反射到显示器。扩散片的目的是逐渐散射开离开波导的光，用于均匀照明。为了抵消来自LED阵列的指数下降的辐照度，扩散片需要具有相等和相反的效果。在波导末端具有最大散射的指数型扩散片实现了这一效果。

使用“Scripted”选项可以创建一个新的散射模型，假设沿着扩散片的局部y位置范围是-40-40mm，基于下面的指数函数，我们创建了一个变量“p”（散射概率）。

p = a*Exp(b*(-g_Ypos+40))-1

参数“a”和“b”是可以调整的常数。在这个模型中，a=4，b=0.04。此外，只有对于y位置充分高于LED阵列（距离底部y>25mm）的光线，散射才会发生。这个渐变的散射“cut-on”抵消了光源附近区域的高辐照度。

为使仿真更加有效率，在散射表面上可以应用一个“Monte Carlo”光线追迹控制属性。这个功能保证了在每个散射事件中光线不会分裂。在FRED中创建如下的光线追迹控制属性，并且指定到散射表面。


图4.在表面的散射标签下指定脚本化散射函数（在本例中“Tailored Scatter”）指定到波导的前面或背面

评估显示器

在脚本化梯度扩散片之前和之后出射到手机显示屏上的辐照度图：

图5.来自手机显示屏的辐照度Log(10)分布，没有散射片（左），有指数扩散片（右）。对数尺度对于人眼的感知提供了一个更好的效果。在本次仿真中追迹了250000条光线。
]]> <![CDATA[用于光导耦合的倾斜光栅的分析]]> 摘要

倾斜光栅通常用于将光耦合到光学光导中，因为它们在特定的衍射级上具有很高的效率。目前，它们经常应用于增强现实和混合现实应用中。我们展示了如何使用VirtualLab Fusion来分析文献中的某些倾斜光栅几何形状，具体参数包括倾斜角度、填充因子和调制深度。此外，还研究了不同入射角对衍射效率的影响。



建模任务



衍射效率vs相对深度



衍射效率vs倾斜角度



衍射效率vs填充系数



衍射效率vs入射角度



在VirtualLab Fusion中查看



VirtualLab Fusion中的工作流程
-光导耦合光栅结构的配置
-斜面光栅的高级配置[用例］
-通过使用特殊介质配置光栅结构[使用案例] -通过使用界面配置光栅结构[用例]
-通过使用接口配置光栅结构[用例]
-分析耦合光栅的衍射效率
-用于评估光导耦合光栅的定制检测器[用例］
-通过对特定参数的扫描来检查效率
-利用参数运行[用例] -利用参数运行[用例]

VirtualLab Fusion技术



文件信息



]]> <![CDATA[JCMsuite应用：弯曲单模光纤]]> 在本教程项目中，我们计算弯曲单模光纤的基本传播模式。光纤截面的几何形状与没有弯曲的例子相同。例如，核心的相对介电常数ϵcore=2.113和直径dcore=8.2μm，包层的相对介电常数ϵcladding=2.1025和直径dcladding=80μm。
由于纤维的弯曲，外边界磁场的切向分量消失的假设不再成立。这需要在layout.jcm文件中对光纤的边界定义做一点细微的改变:
Boundary {
   Class=Transparent
}
弯曲程度通过在project.jcmp中设置Axis PositionX = -0.005来指定。(参见Axis PositionX的定义和详细信息)。
计算受限于project.jcmp文件中SelectionCriterion感兴趣的模式。
        SelectionCriterion {
          NearGuess {
            Guess = 1.4513
            NumberEigenvalues = 1
          }
        }

下图显示了计算出的本征模的强度分布。左边的强度是线性的，右边的强度是对数的。计算模式主要是y偏振。相应的特征值存储在文件eigenvalues.jcm中。

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