波動光學模塊
關注創建者：luffy8610 創建時間：2019-09-18
波動光學模塊的視頻教程
ASAP 波動光學分析簡介
高級光學工程師 Gary Peterson 博士介紹了 ASAP 光學軟件中的波動光學分析。演示包括高斯光束分解、偏振光線追蹤和其他波動光學現象。
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波動光學模塊的實例教程
核心光路包含激光光源、分束器、照明與參考光路及記錄介質，廣泛用于三維顯示、精密計量、無損檢測、光學防偽等領域。本案例基于 OAS 波動光學模塊，完成全息記錄與再現全流程仿真，為系統設計、優化與評估提供專業工程支撐。
案例設置與操作
模型構建
基于 OAS 軟件三維建模與相干光仿真能力搭建全息光路模型，選用高斯相干光源，經分束元件形成物光與參考光支路。
物光經擴束準直照射物體后攜帶信息抵達記錄面，參考光經角度調控與物光形成穩定干涉場。軟件調用標準元件庫與材料數據庫，精準配置膜層、偏振、光敏介質參數，模型幾何結構與光學特性與實際工程裝置高度一致。
探測器設置
在全息記錄平面部署相干場探測器，同步采集振幅、相位、光強與偏振信息，精準捕獲干涉條紋分布。合理設置采樣分辨率與接收視場，覆蓋有效記錄區域，濾除雜散光與系統噪聲。再現階段加載全息圖，以共軛參考光照明，在成像面部署三維場探測器，獲取再現光場空間分布、景深與成像質量等關鍵數據。
分析優化
采用 OAS 光束追跡與傅里葉衍射算法，快速生成全息干涉圖，量化提取條紋對比度、空間頻率、衍射效率等指標。再現階段精準復現物體三維像，還原景深與細節，支持 PSF、MTF、波前誤差等像質評估。依托參數化優化功能，迭代調整光程、角度、功率等參數，修正光路偏差，提升全息圖質量與再現成像清晰度。
總結
本案例通過 OAS 軟件完成全息照相記錄與再現全流程仿真，驗證了軟件在相干干涉、衍射成像與復雜光場分析中的高精度與高效率。OAS 憑借跨尺度仿真、光束追跡與矢量場傳播能力，為全息光學、三維成像提供一體化設計仿真平臺，顯著縮短研發周期、降低實驗成本，支撐全息技術工程化落地與性能升級。
展開 </p><p>在之前第二篇文章的文獻中，作者已經給出米氏散射公式如下<img src="https://img.jishulink.com/upload/202304/9c6cb860894a4aafbf373876c4ba6f18.png" alt="捕獲.png"></p><p>作者對比了用 comsol波動光學模塊 和 米氏解析解 求解出的散射效率，發現二者吻合，從而證明確實用波動光學模塊計算出的結果正確。</p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/202304/42d7ce04673649fb8191262b7608080d.png" alt="捕獲.png"></p><p><br></p><p>那么我現在也用comsol求解了上述的米氏散射公式，我用三種方法求解消光，散射效率：（1）波動光學模塊。（2）在comsol中手動敲入米氏散射公式。（3）用comsol內置好的米氏散射公式函數。發現三者求解的結果一致，能復現出論文，如下圖所示，證明了對散射，消光效率求解的正確性。
展開 2.3基本函數設置方法，如插值函數、解析函數、分段函數等
2.4特殊函數的設置方法，如積分、求極值、求平均值等
2.5高效的網格劃分
3、前處理和后處理的技巧講解
3.1特殊變量的定義，如散射截面，微腔模式體積等
3.2如何利用軟件的繪圖功能繪制不同類型的數據圖和動畫
3.3數據和動畫導出
3.4不同類型求解器的使用場景和方法
COMSOL 仿真進階 RF及波動光學模塊仿真技術詳解
4、COMSOL 中 RF、波動光學模塊仿真基礎
4.1 COMSOL 中求解電磁場的步驟
4.2 RF、波動光學模塊的應用領域
5、RF、波動光學模塊內置方程解析推導
5.1亥姆霍茲方程在 COMSOL 中的求解形式
5.2 RF 方程弱形式解析，以及修改方法(模擬特殊本構關系的物質)
5.3深入探索從模擬中獲得的結果
（如電磁場分布、功率損耗、傳輸和反射、阻抗和品質因子等）
6、邊界條件和域條件的使用方法
6.1完美磁導體和完美電導體的作用和使用場景
6.2阻抗邊界條件、過度邊界條件、散射邊界條件、周期性邊界條件的作用
6.3求解域條件：完美匹配層的理論基礎和使用場景、 PML 網格劃分標準
6.4遠場域和背景場域的使用；6.5 端口使用場景和方法；
6.5波束包絡物理場的使用詳解；
7、波源設置
7.1散射邊界和端口邊界的使用方法和技巧（波失方向和極化方向設置、S
參數、反射率和透射率的計算和提取、高階衍射通道反射投射效率的計算）
7.2頻域計算、時域計算 7.3 點源,如電偶極子和磁偶極子的使用方法
7.4背景場的作用及使用方法
8、材料設置
8.1計算模擬中各向同性,各向異性,金屬介電和非線性等材料的設置
8.2二維材料,如石墨烯、MoS2 的設置；
8.3特殊本構關系材料的計算模擬(需要修改內置的弱表達式)
9、網格設置
9.1精確仿真電磁場所需的網格劃分標準 9.2 網格的優化 9.3
展開 在這種情況下， 波動光學模塊中的波束包絡法變得非常有吸引力。此接口求解以下方程：
其中，電場為 ， 是電場包絡。
附加場 是所謂的必須已知的相函數，并將其指定為輸入。幸運的是，對于許多光波導問題，確實是這種情況。可以同時求解一個或兩個這樣的波束包絡場。當可以使用這種方法時，其優點是內存要求遠遠低于本節開頭介紹的全波方程式。其用法的其他示例包括定向耦合器模型以及光學玻璃中的自聚焦模型。
在 AC/DC 模塊、RF 模塊和波動光學模塊之間選擇
AC/DC 模塊和 RF 模塊之間的分界線有點模糊。問我們自己幾個問題會有所幫助：
我正在使用的設備會輻射大量能量嗎？我對計算諧振感興趣嗎？如果是這樣，則RF模塊更合適。
設備是否比最高工作波長的波長小得多？我主要對磁場感興趣嗎？如果是這樣，則 AC/DC 模塊更合適。
如果您正好介于兩者之間，那么將這兩種產品都包含在模塊庫中是合理的。
在 RF 模塊和波動光學模塊之間選擇需要詢問您自己的應用。盡管在時域和頻域上，麥克斯韋方程組的全波形式在功能上存在許多重疊，但在邊界條件上仍存在一些細微差異。存在適用于微波設備模擬的所謂集總端口和集總元件邊界條件，它們只包含在 RF 模塊中。還請記住，只有“波動光學模塊”包含波束包絡公式。
就材料特性而言，這兩種產品具有不同的材料庫：RF 模塊提供了一套通用的電介質基底，而波動光學模塊則在光學和紅外頻帶中包含了上千種不同材料的折射率。有關此內容以及其他可用材料庫的更多詳細信息，請參見此博客文章。當然，如果您對設備模擬需求有特定疑問，請與我們聯系。
下圖概述了這些模塊之間的近似分界線。
使用射線光學模塊追蹤射線
如果要模擬大小是波長數千倍的設備，則不再可能通過有限元網格來解析波長。在這種情況下，我們還在射線光學模塊中提供了幾何光學方法。
展開 文章將介紹電磁波，頻域接口內使用的頻域形式 Maxwell 方程組，您可以在 RF 模塊和波動光學模塊找到這個接口。文章內容也適用于波動光學模塊的電磁波，波束包絡公式。
假設材料響應與場強線性相關，我們將能在頻域寫出 Maxwell 方程組，因此控制方程將能寫為：
此方程求解了工作（角）頻率
下的電場
，其中
是真空中的光速。其他輸入項包括以下材料屬性：
相對磁導率、
相對介電常數和
電導率。所有這些材料輸入可以是正值或負值、實值數或復值數，還可以是標量或張量。材料屬性可以隨頻率變化，不過如果我們只需分析一個相對較窄的頻率范圍，那一般不需要考慮該變化。
我們接下來將詳細分析每一種材料屬性。
電導率
電導率量化了材料的導電能力，是電阻率的導數。我們通常在穩態 (DC) 下測量材料電導率，從以上方程可以看出，材料的等效電阻率將隨頻率的升高而增大。我們通常假定電導率與頻率一致，不過我們稍后將討論幾個材料電導率會隨頻率變化的模型。
如果材料的電導率非零，當向材料施加電場后，它將開始傳導電流并會因電阻損耗而耗散能量，即焦耳熱。此時，溫度會上升，并導致電導率發生改變。您可以輸入任意函數或列表數據來表示電導率隨溫度的變化，也可以使用軟件內置的線性電阻率模型。
線性電阻率模型常用于模擬電阻率隨溫度的變化，公式為：
其中
指參考電阻率、
指參考溫度，
是電阻溫度系數。您可以指定或通過計算得到隨空間變化的溫度場
。
電導率作為實值數輸入，而且它也可以具有各向異性，即材料電導率會在不同的坐標方向發生變化。例如在層壓材料中，如果您不希望顯式模擬單獨的每一層，那就可以使用此方法。
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OAS波動光學仿真來助力1個月前
本案例基于 OAS 波動光學模塊，完成全息記錄與再現全流程仿真，為系統設計、優化與評估提供專業工程支撐。
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模型構建
基于 OAS 軟件三維建模與相干光仿真能力搭建全息光路模型，選用高斯相干光源，經分束元件形成物光與參考光支路。
物光經擴束準直照射物體后攜帶信息抵達記錄面，參考光經角度調控與物光形成穩定干涉場。
啟用軟件像差自動校正與多配置優化算法，結合 MTF、點列圖、波前圖等專業像質評估工具，優化透鏡材質組合與面形參數，實現球差、色差的精準校正，顯著提升邊緣視場成像清晰度；
針對系統內鬼像、散射等雜散光干擾，利用雜散光分析模塊識別光學表面反射、支架散射等干擾源，優化透鏡增透膜層設計并增設遮光結構，有效降低雜散光對成像對比度的影響；針對高數值孔徑設計下的波動光學效應，通過 OAS 波動光學模塊實現偏振光線追跡與電場振幅
目錄
01
｜軟件概述
02
｜幾何光學解決方案
03
｜波動光學解決方案
04
｜軟件試用申請/聯系我們
01/軟件概述
為什么使用塑料光學仿真?
Moldex3D 光學模塊(Optics)以現在光學組件逐漸輕薄短小之趨勢下，在狹小的流動空間下，流動導致之非等向性質將非常嚴重。所以成型過程所導致之雙折射、光程差及偏極化將成為射出成型之光學組件在設計制造上的主要瓶頸。Moldex3D光學模塊建立在真實三維實體技術上的流動分析，以黏彈性分析所預測出的流動殘留應力為出發，對于非等向性的分子排向而產生的雙折射現象能有良好的掌握
波動光學
科學描述光和光學現象的早期嘗試是基于微粒理論（由勒內·笛卡爾、艾薩克·牛頓等人提出），假設光由小粒子組成，這些小粒子至少在自由空間中以一定速度沿直線傳播。這符合幾何光學，在幾何光學中，光由幾何光線表示。從17世紀開始，像羅伯特·胡克和克里斯蒂安·惠更斯這樣的科學家更密切地跟蹤光的波動性質的證據，這最終導致了光的波動理論（波動光學），這是由惠更斯在數學上計算出來的（于1690
涉及電磁、結構&聲學、流體&傳熱、化工等四個大專項，下含結構力學模塊、巖體力學模塊、多孔介質流模塊、地下水流模塊、管道流模塊、波動光學模塊、射線光學模塊、等離子體模塊、半導體模塊等36個模。內置耦合物理場外，還可自定義物理場方程以進行多物理場耦合分析[2,3]。
流固耦合理論及控制方程[4]
一般固體變形控制方程主要由三個方程構成：應力平衡方程、幾何變形方程、本構方程。
STAR 模塊簡介
STAR 模塊介紹
什么是 STAR 模塊？STAR 模塊全稱是：Structural Thermal Analysis & Results
? 多學科種類分析集合
? Structural 結構分析
? Thermal 熱形變分析
? Optical
波動光學（wave optics）波動光學是光學中非常重要的組成部分，內容包括光的干涉、光的衍射、光的偏振等，無論理論還是應用都在物理學中占有重要地位。粒子在光場或其他交變電場的作用下，產生振動的偶極子，發出次波。用這樣模型來說明光的吸收、色散、散射、磁光、電光等現象，甚至光的發射也是一般波動光學的內容。
武漢墨光將于2023年09月13日-15日在武漢舉辦《 ASAP
波動光學模塊提供的波束包絡法專用工具，可用于模擬光學介質中的高頻電磁波。您也可以將結構力學與波動光學仿真相結合來進行模擬，就像這個腔體模型或波導仿真案例中。
新的射線光學模塊可用于建立光在光學介質和設備中的傳播模型，其中電磁波被看作射線。我們還有許多包括角隅反射器模型或牛頓望遠鏡系統中的光線傳播建模在內的許多射線光學仿真案例供您參考，可在 COMSOL 官網下載。
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