<![CDATA[讯技光电&黉论教育]]> <![CDATA[JCMSuite应用——微透镜（Micro lens）仿真]]> 该示例是对 Gschrey 等人的单光子源设计[1]的改编。 该几何结构由多层衬底构成，衬底为布拉格反射镜，在衬底顶部有一个微透镜，量子点位于顶层内：

由布拉格反射镜组成的微透镜几何结构示意图（旋转对称）

入射波长为969nm的近场和远场图

下图展示了球面微透镜在不同极化方向时，三个偶极子的近场强度和远场强度（具有不同比例的伪彩色图）：

x、y、z方向极化偶极子的强度（入射波长969nm,球面微透镜）

x、y、z方向极化偶极子的远场上部（空气中）强度（入射波长969nm,球面微透镜）

x、y、z方向极化偶极子的远场下部（基底中）强度（入射波长969nm,球面微透镜）
]]> <![CDATA[VirtuaLab Fusion新版本：从光线光学到物理光学的无缝转换]]> 作为VirtualLab Fusion的开发者，我们认为光线光学和物理光学并不是用户必须选择的两种分离的建模技术。在我们的概念中，光线追迹形式的光线光学是物理光学建模的一个子集。而在VirtualLab Fusion中，这不仅仅是一种学术主张，而是我们通过物理光学和光线光学建模之间的无缝且可控的转换，将其引入到现实生活中的经验。

理论背景

VirtualLab Fusion中的高速物理光学系统建模是由数学上表示为求解器的操作符来表示的。我们用这种方法连接求解器，并且我们称之为场追迹连接求解器。求解器可以在x域和k域工作。傅立叶变换连接了这些域。可以看出，被傅里叶变换的光场显示出低衍射效应的情况下，积分傅里叶变换(快速傅里叶变换FFT的形式)可以被逐点傅里叶变换（PFT）代替[wang2020]。这个替换是在VirtualLab Fusion的Modeling Level 3中自动完成的。逐点傅里叶变换和快速傅里叶变换之间切换的标准是相对衍射功率，它是菲涅耳数的推广。通过在部分系统中实施逐点傅里叶变换，衍射效应可以独立于相对衍射功率而被忽略。这是在不离开物理光学建模的情况下完成的，并且我们仍然包括仿真例如干涉、散斑、相干和偏振效应。当一个系统中的所有傅立叶变换都被强制为逐点变换时，衍射在整个系统中被忽略了，我们经常在物理光学中获得完整的逐点建模。当我们只考虑采样点位置的映射并在x域中连接它们时，我们就获得了物理光学中的光线光学[Balardron 2019]。这可以理解为物理光学背景下光线追迹的一种推导。我们认为这是一个惊人的理论，它是VirtualLab Fusion中光线光学的基础。



这将指导我们对应逐点傅立叶变换在系统的不同部分来应用Modeling level 1和2。

Modeling Level 1

在建模级别1中通过强制所有的傅里叶变换都是逐点的，衍射完全被忽略。这种建模在焦点区域检测不到光的应用中通常就足够了，例如远场光束整形[Yang2020]、干涉仪装置和分束光栅。

如果光源是激光光束，通常建议选择衍射光源（Diffraction of Source Included）模式下的选项。以束腰定义的高斯光束为例。它在瑞利长度上的传播由衍射所主导。这确保包括在“Diffraction of Source Included”内的选项的初始光场的傅里叶变换是由相对衍射效率自动选择的。



Modeling Level 2

在Modeling Level 2中，通过在探测器选择由相对衍射效率自定义的傅里叶变换，衍射会在所有探测器区域仔细考虑到。尤其关键的是当探测器位于光的聚焦区域时，例如在透镜系统的像平面或焦平面中[wang2020]。在透镜系统中，它提供了点扩散函数(PSF)和MTF的高精度计算，包括衍射、像差、偏振和矢量效应。Modeling Level 2也适用于当你研究微观结构产生的光线时的情况。

如果光源是激光光束，同样在Modeling Level 2中，通常建议选择衍射光源（Diffraction of Source Included）下的选项。

Modeling Level 3

在最高的建模级别，所有傅立叶变换都是由相对衍射效率自动选择的。通过这种方式，在系统中任何需要的地方衍射都会被考虑。这使得例如经过透镜系统的傍轴光束传播的精准建模以及系统中的多个以及串联孔径的建模成为可能。
请记住，计算时间会随着建模级别的增加而增加，建议使用您的应用所需的最低级别。

Customized Modeling

对于更有经验的用户，我们提供定制建模（Customized Modeling）。
不同的傅里叶变换的选择可以根据光源模式、元件和探测器来选择。这就能够研究不同配置的效果和性能优化。
通过选择元件和探测器内部的傅立叶变换选项，可以更具体地进行定制。

光线追迹

当场信息被跳过并且采样点的位置(光线光学中的光线位置)和波前的局部法向量(光线光学中的光线方向)结合波前相位被考虑时，也包括像差，利用级别1的物理光学建模接近于光线光学建模。



VirtualLab Fusion提供了这种通过光线追迹（Ray Tracing）建模的光线光学建模。有光线光学定义的探测器均被评估。其他只显示点列图。

光线光学建模也可以通过Rays in System由系统中的光线显示。

由于光线光学是从Modeling Level 1中推导出来的，因此，在光线光学中，我们也有一个与“Diffraction of Source Modes Included”选项相关的特征。它被称为“Include Diffraction-Induced Contribution to Ray Direction”。光源模式衍射对光线方向有直接影响。有关更多信息请参阅用于光线追迹的光线的产生（Generation of Rays for Ray Tracing）。



推荐的建模工作流程

所有的技术都提供了完整的非序列建模，可以根据您的需求进行配置。您可以一次性构建系统，并且可以根据自己的选择应用从序列到非序列的光线光学或者物理光学建模。
通过不同的建模选项，VirtualLab Fusion提供了独特的建模工作流程：
1.用光源、元件和探测器设置您的系统。
2.使用Rays in System来评估您的系统。这为您提供了第一个建模印象，并告诉你系统的配置是否正确合理。在这里，您也可以尝试“Include Diffraction-Induced Contribution to Ray Direction”选项。
3. 接下来执行光线追迹（Ray Tracing）建模，获得对系统行为的下一步了解，以及首次检查探测器是否处于正确的位置。
4.继续使用场追迹（Field T racing）级别1建模以获得最初的物理光学结果。
5.场追迹（Field T racing）级别2为大多数光学系统(包括透镜系统)提供精确的建模结果。如果1级和2级建模产生相同的结果，传播到探测器的场的衍射可以忽略不计。
6.通过使用场追迹（Field T racing）级别3，VirtualLab Fusion在需要的地方考虑到所有的衍射效应。该级别的建模结果与级别1建模的差异越大，衍射效应在系统建模中就越重要。
7.最后，您可以定制场追迹配置，以便更深入地了解其影响并优化性能。预选的逐点傅里叶变换越多，模拟速度就越快。
8.如果您的建模配置良好，您可以将其与参数运行和优化工具相结合，用于您的系统研究和优化。
]]> <![CDATA[Techwiz LCD 1D：光学薄膜设计与分析]]>

偏光片是用二向色染料染色聚乙烯醇基薄膜，然后拉伸制成的。然后，TAC(三乙酰纤维素)附着在偏光片的顶部作为保护膜。PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)作为TAC薄膜的替代品，虽然性价比高，但它存在严重的光学问题，如色差和高迟滞性。为了解决这些问题，我们使用Techwiz LCD 1D提供基于相差的颜色分析。

]]> <![CDATA[空间扩展部分相干光源的建模]]> 在数值模拟中，当我们将光表示为电磁场时，空间扩展光源可以用几个无关的完全相干场来模拟，这些场具有相同的能量密度，但彼此之间有部分位移[J. Opt. Soc. Am. A 27 (9), 2010]。在快速物理光学软件VirtualLab Fusion中，我们利用这种方法建模了一个空间扩展部分相干光源，并探讨了基本场的配置和场的数量对光源的影响，然后利用该光源进行杨氏干涉实验，通过检测干涉条纹对比度的变化来研究光源的相干特性。

用移位基本场法建模空间扩展光源

本用例演示了如何基于杨氏干涉实验，实现Tervo等人报道的移位基本场法[J. Opt. Soc. Am. A 27 (9), 2010]，以获得空间扩展光源的精确模型。

杨氏干涉实验


在VirtualLab Fusion中，我们复制了著名的杨氏干涉实验，并验证了狭缝宽度、狭缝距离以及扩展光源的影响。
]]> <![CDATA[VirtualLab Fusion 中的参数耦合]]> 1. 摘要

利用VirtualLab Fusion的参数耦合功能可在光学设置中耦合参数。耦合的参数可重新计算系统的其他参数，进而自动保持系统参数间的关系。因此，参数耦合功能使用户可以参数设置复杂的依存关系。例如，在此示例中，我们使用参数耦合来确保用户编程的倾斜光栅介质的z轴扩展长度与包含该结构的结构化层的厚度一致性。



2. 参数运行的初始化


我们希望链接光学系统的两个参数，以便它们自动取相同的值。
为此，我们使用VirtualLab的参数耦合功能。



3. 设置参数耦合



4. 选择参数相关



5. 配置参数的耦合

 选择参数后，必须设置控制耦合的代码段。
 通过单击“编辑”，将打开源代码编辑器。




源代码标签包含以下三部分：
1. 源代码(中心区域)
2. 全局变量/参数(右侧上端)
3. 选择系统参数(右侧底端)


6. 参数耦合的一般示例


 通常，利用代码字典读取所选参数并将其保存到变量（第4行）。
 之后，该值可以用作另一个参数的输出，或在其计算中发挥作用，例如double（第7行）



7. 全局参数的定义


 此特定示例有助于定义一个新的全局变量，该变量随后会出现在参数耦合窗口中。
 这可以在“全局参数”选项卡中完成。
 该变量可为不同的类型，并具有不同的物理量。



8. 参数耦合的特殊示例


 在此示例中，全局变量用于将其值返回给系统的两个选定参数。
 因此，不必从字典中读取或重新计算参数。




 关闭源代码编辑器后，将显示已定义的全局变量“GratingHeight”。
 以后使用系统时，用户将只能修改此变量的值，并将自动影响系统参数的值。尝试修改参数本身的值将无效。


9. 参数耦合的最终查验

 在向导的最后一页，可以检查返回的参数和值。


]]> <![CDATA[利用参数耦合实现探测器自动定位]]> 摘要

在此示例中，针对特定入射角研究了F-theta物镜的焦点（PSF）。为了避免因离焦照明导致的焦点偏移而引入的额外计算量，根据光的主传播方向来移动探测器位置。使用VirtualLab的参数耦合工具自动调整探测器的位置。



建模任务



通过参数耦合自动定位探测器

参数耦合允许用户通过一个小脚本“片段”定义所需系统参数的变化。
因此，独立输入参数值的任何变化都会同时导致从属(耦合)参数的变化。
在此示例中，我们将所需检测器的横向位置与主光线的位置重合。



参数耦合过程
为了找到探测器的适当横向位置，通过应用参数耦合代码段执行附加的光线追迹步骤。可以导入此特定代码段：



探测器索引选择

必须在代码片段的specification选项卡中指定探测器的唯一索引。



斜入射



现在，如果改变平面波光源的传播方向，探测器的位置就会自动调整。在此示例中，15°的角度将导致x方向上26.3mm的偏移。

性能评估 - 斜入射



轴上&离轴照明

在离轴照明的情况下，探测器的位置也会自动调整。在此示例中，100μm的位移是由参数耦合自动考虑的。



性能评估 - 离轴照明



VirtualLab Fusion技术


  
文件信息


]]> <![CDATA[VirtualLab Fusion的参数耦合功能]]> 通过VirtualLab Fusion的参数耦合功能，可以灵活地在光学设置中链接和配置参数之间的依存关系。 为此，必须选择相关参数，然后可以将其用作数学公式中的变量，以计算系统其他参数的值。 因此，参数耦合允许用户在所讨论的光学系统中的参数之间建立复杂的关系，这些关系将被自动维护。 尤其是在光学系统的特定参数在分析或优化过程中具有固定关系的情况下，参数耦合将非常有用。

参数耦合


该示例逐步说明了如何链接光学系统（例如光栅）的两个参数。 结果表明，在参数变化期间，与其链接的参数会根据定义的关系或公式自动进行调整。
      
自动探测器定位


在此示例中，针对特定入射角研究了F-θ物镜的焦点（PSF）。 为了避免在离轴照明的情况下，由于所产生的焦点的移动而引起的多余的计算工作，软件会根据光的主要传播方向来移动探测器的位置。
]]> <![CDATA[在VirtualLab Fusion中创建1D图]]> 摘要

该用例通过一个有意思的展示，示范了如何配置一维图。 VirtualLab Fusion允许用户各种调优，从轴名称和单位到插值和配色方案。 换言之，所有设置都在GUI级别上配置，这使没有编程经验的用户可以生成任意设置的一维绘图。



窗口尺寸



字体尺寸



坐标范围



基于选择的缩放比例I



基于选择的缩放比例II



轴刻度线数目



线的粗细和颜色



数据点符号


非插值视图



复制视图设置I



复制视图设置II



文件信息


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