VirtualLab Fusion原理簡介
VirtualLab Fusion是德國LightTrans公司以場追跡概念開發(fā)出來的一款高速物理光學(xué)仿真平臺(tái)，其集成了從幾何光學(xué)到物理光學(xué)、從近似到嚴(yán)格的各種麥克斯韋方程求解器，如LPIA（局部平面界面近似）、LLGA（局部線性光柵近似）、RK-BPM（龍格庫塔光束傳輸方法）、TEA（薄元近似）、FMM/RCWA（傅里葉模態(tài)發(fā)/嚴(yán)格耦合波法）等，能夠?qū)θ鐜缀瓮哥R、自由曲面、衍射透鏡、全息元件、GRIN透鏡以及光柵和Meta-Grating等各類元件進(jìn)行仿真和分析，以及如Geometric（幾何）、SPW（平面波譜）、Fresnel（菲涅爾）、Far Field（遠(yuǎn)場）、Rayleigh Sommerfeld（瑞利索墨菲）等，能夠?qū)Ω鞣N自由空間傳輸進(jìn)行計(jì)算。同時(shí)，VirtualLab Fusion還提供了三種傅里變換方法，包括FFT（快速傅里葉變換）、Semi-Analytical FT（半解析傅里葉變換）以及Pointwise FT（逐點(diǎn)傅里葉變換）。對于包含各類光學(xué)元件的整個(gè)復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)，通過非序列追跡功能，將所需的求解器連接起來，并通過選擇合適的傅里葉變換方法，以在空間域或者空間頻率域進(jìn)行光場傳輸計(jì)算，從而能夠在保證計(jì)算精度的情況下，更快的完成整個(gè)系統(tǒng)的仿真和分析，以實(shí)現(xiàn)高速物理光學(xué)仿真。在整個(gè)仿真過程中，會(huì)考慮各種物理光學(xué)效應(yīng)，如干涉、衍射、像差、偏振、相干以及矢量效應(yīng)等。
集成了各類麥克斯韋方程求解器
通過連接各種場求解器以實(shí)現(xiàn)高速物理光學(xué)建模
功能特性
作為全球唯一一款基于場追跡概念來開發(fā)的高速物理光學(xué)仿真軟件，VirtualLab Fusion為用戶提供了光學(xué)建模和仿真所需的各種功能和特性：
• 光線追跡和光場追跡，兩者可以一鍵切換；
• 序列和非序追跡；
• 用戶可自定義選擇從幾何到物理、從近似到嚴(yán)格各種光學(xué)建模技術(shù)；
• 用戶可自定義選擇FFT（快速傅里葉變換）、Semi-Analytical FT（半解析傅里葉變換）以及Pointwise FT（逐點(diǎn)傅里葉變換）；
• 豐富的庫系統(tǒng)，包括光源庫、元件庫、界面庫、介質(zhì)庫、材料庫、探測器庫等九大庫系統(tǒng)，能夠快速的完成系統(tǒng)的建模；
• 參數(shù)掃描和參數(shù)優(yōu)化，可對系統(tǒng)進(jìn)行公差分析以及優(yōu)化；
• 多軟件接口，如Macleod、LASCAD、ZEMAX、JCM Suit等；
• 可導(dǎo)出多種格式結(jié)構(gòu)，如GDSII、STL、IGES、ASCII、Bitmap等；
• 跨平臺(tái)聯(lián)合仿真和優(yōu)化，如MATLAB、OptiSlang、Python等；
• 基于C#語言進(jìn)行二次開發(fā)；
應(yīng)用領(lǐng)域
VirtualLab Fusion能夠?qū)崿F(xiàn)高速物理光學(xué)的建模和仿真，已廣泛的應(yīng)用于高校、研究所以及各知名光學(xué)企業(yè)。其主要應(yīng)用領(lǐng)域如下：
1. 光束整形
VirtualLab Fusion能夠使用自由曲面，衍射光束分束器與圖案生成器，擴(kuò)散器和常規(guī)陣列微光學(xué)元件（包括但不局限于微透鏡陣列）實(shí)現(xiàn)光束整形。
1) 折射光束整形
2) 衍射光束整形
3) 擴(kuò)散片
4) 微透鏡陣列和微結(jié)構(gòu)單元陣列
SLM像素處衍射效應(yīng)仿真和分析
2. 光學(xué)測量
通過高速物理光學(xué)，對干涉儀、光譜儀和傳統(tǒng)式或結(jié)構(gòu)照明式顯微鏡的成像質(zhì)量與分辨率限制進(jìn)行全面的研究。
1) 干涉儀
2) 顯微鏡
3) 單色儀
4) 光譜儀
對包含光柵的車尼爾-特納系統(tǒng)進(jìn)行分析
3. 微納光柵
通過高速物理光學(xué)，可以對1D和2D微納光柵進(jìn)行嚴(yán)格的電磁分析，獲得相應(yīng)的近場、衍射級次以及衍射效應(yīng)，同時(shí)能夠?qū)鈻胚M(jìn)行優(yōu)化，以獲得所需要光柵結(jié)構(gòu)參數(shù)并集成到整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)中進(jìn)行分析。
1) 1D和2D介質(zhì)光柵
2) 1D和2D界面光柵
3) 衍射級次計(jì)算、偏振分析以及內(nèi)部場計(jì)算
4) 優(yōu)化
傾斜光柵的優(yōu)化
4. 成像系統(tǒng)
通過高速物理光學(xué)，實(shí)現(xiàn)透鏡系統(tǒng)建模。提供對包含鬼像和部分相干性的系統(tǒng)的可靠的PSF / MTF評估。系統(tǒng)中可以包含光柵，全息光學(xué)元件以及衍射透鏡。
1) 衍射透鏡
2) 高級PSF/MTF
3) 鬼像
4) 包含光柵的成像系統(tǒng)
基于高NA物鏡對微結(jié)構(gòu)晶圓進(jìn)行成像檢測
5. 激光系統(tǒng)
高速物理光學(xué)可以有效地實(shí)現(xiàn)對激光光源、衍射、干涉、偏振的建模，并且可以使用任意感興趣的光束參數(shù)。
1) 激光傳輸
2) 掃描系統(tǒng)
3) 飛秒脈沖
4) 激光晶體
激光掃描系統(tǒng)的建模和仿真
6. 虛擬和混合現(xiàn)實(shí)
針對AR,VR以及MR應(yīng)用，VirtualLab Fusion為用戶提供了多通道波導(dǎo)成像系統(tǒng)的非序列建模技術(shù)，建模過程中能夠?qū)Σㄇ安�、能流以及PSF/MTF進(jìn)行評估。
光波導(dǎo)全視場角光線追跡
典型應(yīng)用示例
1. 基于各種干涉儀的測量系統(tǒng)仿真和分析
2. 基于錐透鏡生成無衍射貝塞爾光束
3. 包含光柵的復(fù)雜光學(xué)系統(tǒng)仿真和分析
4. 光纖耦合系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化
5. 基于表面光柵的光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)模擬與設(shè)計(jì)
6. 基于VCSEL陣列的點(diǎn)陣投影儀的人臉識別系統(tǒng)
7. 超表面結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化
8. 非周期性微透鏡陣列整形
9. 衍射透鏡的設(shè)計(jì)和分析
10. 跨平臺(tái)聯(lián)合仿真與優(yōu)化
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