<![CDATA[讯技光电&黉论教育]]> <![CDATA[GRIN透镜的构造和建模]]> 与传统的光学透镜不同，传统的光学透镜由于光在透镜的曲面上折射而起作用，而GRIN透镜能在只使用平坦的表面的情况下进行光聚焦。 这种透镜的扁平形状和工作原理具有一定优势——安装方便，甚至可以融合到其他设备（例如光纤）上。 VirtualLab Fusion为GRIN介质中的光传播提供了一种完全电磁建模技术。 我们在这里展示一个GRIN透镜的例子。

GRIN透镜的建模

在VirtualLab Fusion中，我们对渐变折射率透镜系统执行了完整的物理光学建模，其中包括偏振串扰效应。


GRIN透镜的构造和建模

VirtualLab Fusion允许以非常用户友好的方式指定渐变折射率透镜。 另外，我们还可以通过光线追迹以及场追迹来分析这种折射率调制透镜。

]]> <![CDATA[渐变折射率（GRIN）透镜的建模]]> 摘要

渐变折射率 (GRIN) 介质，具有平滑的折射率变化，可用于制造具有平坦表面的透镜或用于减少像差。VirtualLab Fusion为光在GRIN介质中的传播提供了一种物理光学建模技术。在运算速度相同但功能远超光线追迹的情况下，物理光学建模完全考虑了电磁场，其中包括偏振串扰效应。



建模任务



光线追迹结果



场追迹结果-在GRIN透镜后



场追迹结果-焦距平面



走进VirtualLab Fusion



VirtualLab Fusion中的工作流程

 设置输入点光源
- 基本光源模型 [教程视频]
 构建一个渐变折射率透镜
- 渐变折射率透镜的构造和建模[用例]
 设置探测器
- PSF和MTF探测器的使用方法 [用例]
- 电磁场探测器 [用例]


  
VirtualLab Fusion技术



文件信息



]]> <![CDATA[F-Theta扫描透镜的性能评估]]> 摘要

在激光扫描系统中，F-Theta镜头通常被设计用于提供高性能。使用此类透镜，在目标平面上的聚焦点位移与焦距和扫描角度的产生成正比。这使得它们成为基于Galvo扫描器的激光材料处理系统的标准镜头。在VirtualLab Fusion中扫描源的帮助下，通过测量实际光斑位置与期望值之间的偏差和不同角度下光斑的大小，分析了给定F-Theta透镜的性能。



建模任务



性能评估——光斑直径测量



性能评估——光斑位置偏差



走进VirtualLab Fusion



VirtualLab Fusion的工作流程

 从Zemax OpticStudio®导入透镜系统
- 从Zemax导入光学系统 [用例]

 分析实际透镜系统的成像性能
- 分析高NA物镜聚焦 [用例]

 利用参数运行检查不同参数的影响
- 参数运行文档的使用 [用例]



VirtualLab Fusion技术
  


文件信息

]]> <![CDATA[如何建立扫描光源]]> 1. 摘要

使用VirtualLab Fusion中的扫描源，可以定义辐射到不同预定义方向的多模式光源。 扫描光源可用于例如激光扫描系统中以分析不同扫描角度下的性能，或用于成像系统中以对特定视场建模。 结合参数运行，可以以不同的模式扫描方向/角度，并且可以针对特定应用灵活地定义方向/角度。

  

2. 基础参数


 对于每一个扫描角度方向，都有一个模式用来表示光场。
 所有的模式共有相同的孔径形状和尺寸(定义在与模式方向正交的平面上)，而且这些参数可在基础参数标签中进行配置。
 此外，还可以配置相对或绝对边缘宽度。


  
3. 指定参数-强度


 “Specific Parameters” 选项卡控制光源的强度和角度设置。
 强度分布可以根据以下条件设置：
-  通过指定颜色场或导入图像文件来达到所需的变化。 在这种情况下，波长是从输入中选择的。
-  或可在一个波长保持所有扫描角度恒定。 在这种情况下，可以设置方向数，这意味着沿x和y方向的扫描步长。



4. 具体参数-角度设置


 “Specific Parameters” 选项卡控制光源的强度和角度设置。
 您可以设置中心方向，即整个光场中心传播的方向。
 可以根据一个指定的视场或者各扫描方向的角距配置扫描范围。



5. 光线选择

 在“Ray Selection”标签下，对于每种模式，可以指定所需的选择方法和光线数量。



6. 偏振设置
 “Polarization”设置选项卡提供所有扫描方向的偏振选项。
 偏振态可以是：
−线偏振
−圆偏振
−椭圆偏振
−通过输入琼斯矩阵



7. 模式选择


 在“Mode Selection”选项卡中，可以选择不同的光谱成分和扫描方向。
 波长可以是独立的，也可以是所有波长同时包含。
 扫描方向可以选择在角度的指定行或列，可以选择一个单独的方向。





8. 参数运行—在列/行进行扫描


 在“Mode Selection”选项卡中，选择列。
 开始参数运行，扫描所选择列数。
 以相同的方式，可以执行行扫描。




9. 参数运行—在每一个独立方向进行扫描


 在“Mode Selection”选项卡中，选择方向。
 开始参数运行并转换为扫描模式。然后扫描所有所选的列和行。




10. 文件信息


]]> <![CDATA[LITESTAR 4D：办公室照明设计]]> 使用LITESTAR 4D进行照明设计是便捷高效的，总的来说软件支持两种不同的项目设置：自由项目（free project）和引导项目（guide project）。两种项目设置方式各有不同：自由项目允许设计者自由的设置各参数，比如可导入DXF 2D平面背景，自由决定设计范围；引导项目则根据软件的引导来设置参数并输入相应的窗口。

对于自由项目来说，大致步骤如下：
 创建一个计算环境，环境可由不同物体组成
 一个（室内或室外）环境，可绘制成2d或3d视图的
 有2D.DXF文件导入做背景的环境
 一个或数个工作面
 从列表中插入的物体（如家具）
 从外部导入的完整3D模型
 输入或定义物体的特性（材料，反射等属性）
 插入光源
 执行照明计算，设置需要被验证的参数
 结果数据的显示和渲染
 确认结果并打印出来

接下来，我们以上述方式完成对办公室照明的设计。

1. 首先，打开LITESTAR Calc的操作界面。



2. 导入室内的2D结构图，创建照明环境（此例中使用一个房屋的平面结构图）。
“文件 File”– “导入Import”– “DXF文件DXF files”



选中需导入的文件“Interior_Office.dxf”(名字必须为英文),弹出的导入对话框检查无误后，点击“OK”来完成导入。



导入之后可以根据需要调整交互式窗口分布和显示视角等。



3. 创建室内环境，生成墙壁，地板和天花板等表面。
选择“室内高级项目Advanced Project for Interiors” ，使用鼠标点选所要创建的区域（形成封闭区域）。
设置完室内高度，工作面高度，各表面显示颜色及反射率等参数，以完成初步设置。


设置完成后的透视和俯视图
4. 更改墙体，地板和天花板材料属性。
选中左侧场景中的“周围环境 Ambient”，选择右侧的“属性 Properties”选项卡，选择“调整 Modify”，可以打开“对象编辑器Object Editor”对话框，选中要调整的表面，如“地板 Floor”，在调整方式中选择需要的方式（此处，我们设置成条形木地板）。

选择“编辑材料 Edit Material”，接着“选择纹理 Select Texture”，在文件夹中选择“室内木地板Indoor Floor Parquet”，再选择合适的纹理。
选项卡中的部分，还可以用来调整反射率等信息（本例使用默认参数），点击OK完成地板参数调整。

同样的方式，我们可以调整墙壁和天花板的参数。

5. 在墙上开一个窗户。
调整视图，把透视图窗口调大，并通过旋转 ，调整视图到需要开窗的墙面。点击“创建窗户Create Window”并点击需要开窗的墙面，则墙面上出现一个黄色矩形块，鼠标左边长按并拖动调整窗户的尺寸，按下“enter”键确定窗户尺寸，接着鼠标调节位置，并按下“enter”键，已确定位置。

开窗前的墙体

开窗后的墙体

6. 在室内放置陈设，此处我们放置办公桌和椅子
调整到俯视图，选择“Library”- “家具 Furniture”- “桌子Desks”，并把需要用到的模型直接拖拽到需要放置的地方即可。

如需调整陈设的位置，可以通过垂直工具条或属性栏等工具做适当调整。

垂直工具条：


        
]]> <![CDATA[F-THETA 扫描透镜]]> F-Theta镜头通常用于高性能激光扫描系统中，用于产生焦点，这些焦点的侧向位移线性地取决于扫描角。这是在通常情况下，如激光材料加工应用，所要求的特性。 在VirtualLab Fusion中，我们为此类情况提供了扫描光源，并结合使用了不同的场求解器，可以方便地评估此类扫描透镜系统的性能。


F-THETA 扫描镜的评估


利用VirtualLab Fusion中的扫描源，我们可以通过测量不同扫描角度的焦点位置和光斑大小的偏差来分析F-Theta镜头的性能。

如何设置扫描光源


VirtualLab Fusion中的扫描源定义了一个多模式源，它会辐射到几个预定义的方向，这对激光扫描系统的建模和评估很有帮助。
]]> <![CDATA[VIRTUALAB FUSION网络研讨会]]> 我们很高兴为您展示关于我们软件开发的进展。 我们将举办一个网络研讨会系列，第一次网络研讨会将在5月27日举行。

请继续关注并抢先注册。

为了适应全球不同时区，我们将举办两次网络研讨会（所有时间均为中国时间）：
5月27日| 16:00 - 17:00
5月27日| 22:00 - 23:00


一个物理光学的平台-多个场求解器！


在这个新的网络研讨会中，我们将介绍数学工具包，该工具包有助于使高速的物理光学成为现实。我们将向您展示该工具包如何直接反映在用户界面中，并说明其对大多数用户的影响。在即将发布的版本中，它还具有额外的福利–速览(sneak peek)功能！

在第一部分中，我们讨论了我们的关键策略之一：在单个仿真平台-VirtualLab Fusion上连接不同的场求解器。

除此之外，我们还将现场演示其实际应用：透镜系统中的光栅，标准具，涂层等！

我们将提供两次网络研讨会。 选择您的首选时间，现在就注册网络研讨会。 注册后，您将收到一封确认电子邮件，其中包含有关如何参加网络研讨会的信息。


]]> <![CDATA[荧光显微镜的彩色效应分析]]> 1. 摘要

由于发射波长和照明波长的差异，色差在反射型荧光显微镜中扮演着十分重要的角色。另一方面，这种显微镜系统常采用高数值孔径物镜。因此，在性能分析时必须考虑矢量效应。在VirtualLab Fusion中，可以利用全矢量方式对高数值孔径物镜的彩色效应进行分析。我们对示例专利物镜的性能进行了评价。
  

2. 建模任务


3. 照明波长473nm的性能


4. 发射波长568nm的性能


5. 围绕发射波长568±30nm的性能


6. 走进VirtualLab Fusion


7. VirtualLab Fusion的工作流程


 由Zemax OpticStudio®导入透镜系统。
- Import Optical Systems from Zemax [使用案例]
 实际系统的性能分析
- Analyzing High-NA Objective Lens Focusing [使用案例]
 使用Debye-Wolf积分作为参考
- Debey-Wolf Integral Calculator [使用案例]


8. VirtualLab Fusion技术


9. 文件信息

]]> <![CDATA[FRED：光线追迹的控制]]>
光线的代系区分与入射光线（与界面相交时）分散为透射，反射和/或散射有关。 诸如父母，子女，孙子女等或世代[0,1,2，..]等族谱术语通常用于描述此属性。 可在光线控制(Raytrace Controls)的设置中对此参数进行调整。


当光线入射到折射率不同的两种材料之间的界面上时，如果入射角小于临界角，则将其镜面分解为反射光线和透射光线。 这些光线的父源由 “光线追踪控制raytrace control set”对话框上的Parent Ray Specifier选项确定的。此选项的默认设置为Largest incoherent power（最大非相干功率），由膜层规范确定。如果涂层的类型为Uncoated，Thin Film，Quarterwave Layer或General Sampled，则入射角也将在确定哪条射线是父系时起作用。Parent Ray Specifier还有其他三个选择：Transmitted（总是透射的光线），Refelected（总是反射的光线）或Monte-Carlo（仅有一束光线）[概率确定]。

下图以图形方式说明了，当选择了最大非相干功率时，在四个不同条件下，入射在两个界面上的镜面分裂光线的子光线。 如图a所示，当两个界面的R≤T时，父系光线线（0）都与偶数代并透射，而反射光线则为奇数代。 如图b所示，在第一个上R≤T，第二个上R> T，最终反射了父系光线，并且越来越多的世代既反射又透射。 如图c所示，在第一个R> T且第二个R≤T的情况下，母光线立即被反射，并且增加的世代既反射又透射。 最后，在如图d所示的两个接口上，R> T，父级立即被第二代所有后续反射和传输所反射。


下图说明了散射光线的父源，因为入射光线在两个粗糙的镜面之间反射。蓝光为0代，两面镜面反射；红光为1代，M1处散射，M2处镜面反射；绿光为2代，M1处散射，M2处散射。


光线代系的限制由“光线控制”对话框上的“代系截止等级 Ancestry level cutoff”选项控制。 对于所有“光线追迹”属性，默认的镜面反射的代系（截止等级）为2，默认的散射代系（截止等级）为1。此设置允许镜面射线分裂两次，并产生一代散射。

在一个实际案例的镜面代系截止设置中，请考虑以下事实：当由外部光源（例如太阳）照射时，任何透镜系统都可能在各个表面之间引起反射。 此过程通常称为鬼像。 为了使这些反射到达像平面，必须在分配给镜头表面的光线跟踪控件上允许偶数次反射（2、4、6，..）。 两次反射称为一阶鬼像，四个反射称为二阶鬼像，依此类推。

另一个关于光线代系的案例来自于对法布里-珀罗效应的建模。尽管法布里-珀罗的透射率和反射率的表达是通过项的无限求和而得出的，但对光线分裂的限制必然导致累加的终止。 在对应于图a-c的情况下，代系等级直接确定保留多少累加的项。 另一方面，对应于图d中的情况，仅要求镜面反射代系截止值保持其默认值2。当超过“相交计数截止值”或当光线通量低于“光线功率截止阈值”时，则累加将被终止。]]> <![CDATA[荧光显微镜中的彩色效应]]> 荧光显微技术已被证明是一种非常有效的生物和医学应用技术。当以反射结构构建时，具有不同波长的照明光和由荧光样品发射的光均穿过荧光显微镜的同一物镜。我们以这样一个例子为例，在VirtualLab Fusion中演示选定的高NA物镜所产生的彩色效应。此外，我们将实际物镜的分析结果与用德拜-沃尔夫积分得到的理想情况进行了比较。

荧光显微镜中的彩色效应分析

以荧光显微镜为例，分别分析了高NA物镜在发射波长和照明波长下的彩色效应。

德拜-沃尔夫积分计算器

当未知物镜的确切规格时，VirtualLab Fusion中的德拜-沃尔夫积分计算器会基于理想化模型计算焦点附近的矢量场。
]]> <![CDATA[高数值孔径(NA)物镜的聚焦分析]]> 1. 摘要
  
高NA物镜广泛用于光刻，显微等技术。因此，聚焦仿真中考虑光的矢量性质至关重要。VirtualLab可以非常便捷地对此类镜头进行光线追迹和场追迹分析。通过场追迹，可以清楚地观察由于矢量效应引起的聚焦光斑失对称现象。利用相机探测器和电磁场探测器能够对聚焦区域进行灵活全面的研究，进而加深对矢量效应的理解。



2. 建模任务


  
3. 概述


 示例系统包含了高数值孔径物镜
 下一步，我们将阐述如何遵循VirtualLab中推荐的工作流程执行示例系统的仿真。



4. 光线追迹仿真


 首先，选择“Ray Tracing System Analyzer”作为仿真引擎。
 点击“Go!”。
 随即获得3D光线追迹结果



 然后，选择“Ray Tracing”作为仿真引擎。
 点击“Go!”。
 随即获得点列图(2D光线追迹结果)。


5. 场追迹仿真


 转换到场追迹，并选择“Field Tracing 2nd Generation”作为仿真引擎。
 点击“Go!”。



6. 场追迹结果(相机探测器)


 上图所示为仅通过叠加Ex和Ey场分量得到的强度分布。
 下图所示为通过叠加Ex，Ey和Ez分量得到的强度分布：由于在高NA条件下相对较大Ez分量，导致聚焦光斑明显的失对称性。


7. 场追迹结果(电磁场探测器)
 利用电磁场探测器，我们可以获得多有电磁场分量的结果



8. 文件信息


]]> <![CDATA[高NA傅里叶显微镜单分子成像]]> 摘要

傅里叶显微镜广泛应用于单分子成像、表面等离子体观察、光子晶体成像等领域，它使得直接观测空间频率分布成为可能。
单分子的成像质量取决于高NA 傅里叶显微镜系统，例如，在复杂透镜系统中，每个光学界面的角度相关的菲涅耳损耗和孔径的衍射。VirtualLab Fusion可以在考虑菲涅耳损耗和孔径衍射效应的情况下对整个系统进行建模。文中给出了一个案例，并与文献中的实验结果进行了比较。



建模任务



在傅里叶平面上成像



在傅里叶平面上成像



方向[0,1,0]的理想vs实验以及理想vs仿真

 理想：由 𝐼𝑥 = cos𝜃, 𝐼𝑦 = sec𝜃 计算[Juškaitis, Springer US, (2006)]

 实验：衍射光阑在傅里叶平面上产生能量密度的波纹。理想模型(红色曲线)和实验(黑色曲线)的区别是双重的：菲涅耳损耗和衍射。

 仿真：物理光学考虑菲涅耳损耗和物镜孔径的衍射，导致在傅里叶平面上产生波纹，与实验结果吻合较好。


红色的曲线来自理想系统；黑色曲线来自实验；蓝色和绿色的曲线是从之前的幻灯片中提取的仿真轮廓的相应颜色。

走进VirtualLab Fusion



VirtualLab Fusion的工作流程



 从Zemax OpticStudio®导入透镜系统
- 从Zemax导入光学系统 [用例]
 分析实际透镜系统的成像性能
- 分析高NA物镜聚焦 [用例]

VirtualLab Fusion技术


文件信息



]]> <![CDATA[傅立叶显微镜对单分子成像]]> 与传统的成像技术相比，傅立叶显微镜可以直接观察空间频率分布。因此，如今它被广泛用于例如：表面等离子体观察、光子晶体成像等。借助VirtualLab Fusion，可以对完整的傅立叶显微镜系统进行建模，并将其用于单分子成像。具体来说，我们演示了几种物理光学效应的影响，包括每个光学界面的菲涅尔损耗和透镜孔径的衍射。

傅立叶显微镜对单分子成像


建模用于单分子成像的完整高NA傅立叶显微镜系统，特别展示了例如：菲涅尔损耗、由于孔径引起的衍射，并将仿真结果与参考值进行比较。

分析高NA物镜的聚焦


高NA物镜广泛用于光学光刻，显微技术等。在聚焦模拟中考虑光的矢量性质非常重要。
]]> <![CDATA[使用傅里叶模态法分析闪耀光栅]]> 摘要

可用于严格分析光栅效率。在VirtualLab Fusion中，可以设置光栅系统、执行严格的分析、并以不同的格式分析结果（例如光栅阶次汇集、单值等）。与参数运行结合使用，可以在给定的参数空间上进行扫描，以研究指定结构在不同配置下的性能。


傅里叶模态法（FMM，也称为RCWA）

建模任务



单次FMM仿真结果



参数扫描（1D）



参数扫描（2D）
  


文件信息


]]> <![CDATA[薄元近似（TEA）与傅立叶模态方法（FMM）在光栅建模中的对比]]> 摘要

薄元近似（TEA）是一种广泛使用的方法，例如傅立叶光学计算光栅的衍射效率。 然而，众所周知，相对较小的光栅周期，该近似变得不准确。 在此示例中，我们选择两种类型的透射光栅：正弦光栅和闪耀光栅。 我们同时使用TEA和FMM（也称为RWCA，是严格算法）来分析具有不同周期的此类光栅，并通过比较结果来研究这两种方法的特性。


    
建模任务



正弦光栅—效率与高度（TEA）



正弦光栅—透射相位曲线



正弦光栅—透射相位曲线



正弦光栅—衍射效率



正弦光栅—效率与周期



正弦光栅—特定周期下的相位曲线



闪耀光栅—效率与高度（TEA）



闪耀光栅—透射相位曲线



闪耀光栅—衍射效率



闪耀光栅—效率与周期



闪耀光栅—特定周期下的相位曲线



VirtualLab Fusion一瞥



VirtualLab Fusion工作流程
                                  

• 设置光栅结构
−使用界面配置光栅结构[用户案例]
• 分析光栅衍射效率
−光栅阶次分析器[用户案例]
• 通过参数运行检查不同参数的影响
− 利用参数运行文档[用户案例]



VirtualLab Fusion技术



文件信息





]]> <![CDATA[薄元近似与FMM/RCWA]]> 作为衍射光学领域广泛使用的方法，薄元近似（TEA）在计算薄衍射元件的衍射效率时非常有效。 但在另一方面，当衍射光栅的周期小到可以与波长相比较时，这种近似将会变得不准确。 我们选择了两种常用的透射光栅轮廓（正弦和闪耀），并应用TEA和严格的FMM / RCWA进行分析，用来比较两种方法的结果。

用于光栅建模的TEA与FMM


我们同时使用TEA和FMM（也称为RCWA）来分析两种周期不同的光栅（正弦光栅和闪耀光栅），并比较了两种方法的结果。

闪耀光栅的傅里叶模态分析


在VirtualLab Fusion中，傅里叶模态方法（FMM）可用于光栅效率的严格分析。
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