光場的案例
基于MATLAB的矢量光束聚焦光場仿真
衍射光場可看成許多不同方向傳播的單色平面波分量的線性組合，其中的角譜分量A（kx ,ky ,0）由光束在折射后的光場分布E1決定，因此，聚焦光場的分布可以化簡為
假設平行光束入射到焦距為fobj 的物鏡，入射的電場矢量強度為E0，經物鏡折射后的電場強度矢量E1表示為
其中cos1/2θ 為照明光路中的切趾因子，表示球面波前的光場分布，與會聚角θ 相關。是偏振變換矩陣，可以表述為
將公式(3)代入衍射積分公式(2)中并變換積分變量得到聚焦光場分布為
將不同偏振狀態的E0代入上式并用MATLAB計算積分，即可得到聚焦光場分布情況，分析入射光偏振態對聚焦光場分布的影響。
3 矢量光束聚焦光場及MATLAB仿真
假設入射光束光強分布為高斯分布，電場矢量E0的偏振態用矩陣表示，各種偏振光束的瓊斯矩陣表示如表1所示。將不同偏振光束的矩陣表示代入到公式（3）并結合公式（4）就可以得到最終的聚焦光場分布表達式，接著利用MATLAB編程模擬計算聚焦光場積分。在計算過程中，我們選取焦距為2mm，數值孔徑0.95的聚焦透鏡作為算例。
圖3四行的圖分別給出了x 線偏振光、圓偏振光、徑向偏振光和角向偏振光的MATLAB聚焦光場在焦平面上的分布仿真結果。從左至右，每一列分別對應橫向分量、軸向分量以及總光強，其中總光強即橫向分量與縱向分量之和。為了進一步分辨出各分量之間的關系，圖4~圖7給出了它們沿徑向的光強變化曲線。
由圖3~圖7可以看到，不同偏振入射光的場分布具有顯著的矢量偏振特征。具體而言，線偏振光在高數值孔徑聚焦情況下產生了關于y 軸對稱的軸向光場分量（圖3第一行），雖然聚焦光場橫向分量仍舊占據主導地位，但是由于軸向分量的影響，使得總光強分布成為了橢圓形（圖4），其長軸平行于其偏振方向。
展開 26，comsol仿真線偏振高斯光經過透鏡聚焦后的光場分布 ￥13000
在之前第15篇推送中，介紹了徑向偏振光和角向偏振光經過透鏡聚焦后的光場，當時是正好有文獻推導公式，
但是倘若沒有現成的文獻推導呢？那就得自己慢慢在草稿紙上推導。實驗中最常用的光源是線偏振高斯光，所以后來我慢慢推導了線偏振高斯光經過透鏡聚焦后的光場，并用comsol仿真出來。這個聚焦光場的仿真其實難度還挺大的，并不easy。至于其他光，比如圓偏高斯光，渦旋光等等，以后有空在慢慢推吧。
如下是我的仿真結果
付費內容如下
基于Lumerical fdtd的異型納米空心球散射光場仿真
圖5 散射光場繪制腳本以及提取的散射場
接著，提取掃描所有球體的仿真結果，形成散射效率曲線。
圖6 散射曲線繪制腳本以及最終繪制的散射曲線
總結
本設計基于FDTD腳本完成了微型球體聚合的空心球殼nanojet的全流程建模，散射光場效果與預期貼近，且散射效率曲線表明不同球殼半徑在不同波長下存在固定差異，實現了較為完善的模擬研究。
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飛秒脈沖激光空間光場調控的微透鏡陣列制備技術進展
根據這一現象，利用光場調制技術將焦點調制為4×4的點陣，焦點之間的間隔略小于刻蝕后藍寶石底部的球面直徑，可以避免由不同晶向引起的三棱柱側邊，從而實現具有高表面質量的藍寶石微透鏡陣列結構。
圖 7（d）是利用飛秒激光空間光場調制和濕法刻蝕制備的大面積藍寶石微透鏡陣列結構，可以看到其尺寸分布比較均勻，且都具有比較好的成像效果（圖 7（e））。
結論
由于液晶空間光調制器的高衍射效率和高柔性的光場調制能力，將飛秒激光空間光場調制與濕法刻蝕相結合，可以實現石英表面微凹透鏡陣列的高效制備，并且在制備過程中僅通過改變全息圖的方式即可實現對微凹透鏡尺寸和數值孔徑的調制。
此外，由于光場調制方法可以對加工過程中多個物理量進行控制，因此通過合理地設計焦點陣列的位置和相對能量，單次曝光即可實現三維空間排列的微凹透鏡陣列結構。
此外，這種光場調制與濕法刻蝕的加工方式也適用于其他能夠被溶液各項同性刻蝕的材料，包括藍寶石等晶體材料。這種加工方式具有很高的實際應用價值。
盡管利用光場調制和濕法刻蝕可以實現高效微光學元件的制備，但是就目前而言其僅能應用到簡單的微凹透鏡陣列，對于具有復雜輪廓的微光學元件仍有困難。
如何利用光場調制與濕法刻蝕方法實現具有高表面質量且三維輪廓可控的硬質材料微光學元件的高效制備，對飛秒激光微納加工領域和微納光學領域都具有十分重要的意義。
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展開 
前沿進展 | 多焦點光場顯微成像技術
在過去的幾十年里，研究者們開發了多種快速、高質量的體成像方法，其中光場顯微成像技術（light-field microscopy, LFM）由于其高并行性和低光毒性受到研究者的青睞。通過在光路中加入微透鏡陣列（microlens array, MLA），LFM可以在單次拍攝中對三維空間內的高維光信息進行編碼。通過配套的反解算法，可以以高保真度還原場景的三維信息。然而，LFM的分辨率與體覆蓋率相互制約，重建三維體的分辨率隨著離焦距離的增大而快速下降，這阻礙了LFM在大范圍活體場景下的應用。為了突破這一限制，研究者們提出了一些方法，包括使用雙聚焦微透鏡陣列[1]或者采用共聚焦光場顯微系統[2]等等，但是這些方法增加了系統的復雜性。如何低成本地擴大光場成像的高分辨率范圍仍是一個充滿吸引力的課題。
論文導讀
近日，來自清華大學腦與認知科學研究院、自動化系的研究團隊提出了一種多焦點同步采集的球差輔助掃描光場成像方法(Spherical-Aberration-assisted scanning LFM, SAsLFM)。在先前提出的掃描光場技術的基礎上[3,4]，研究人員利用折射率不匹配引入球差相位調制，對不同子孔徑分量焦點的空間位置進行再分配，從而實現同步多焦點體數據采集。通過相空間分塊融合的重建算法，可以從SAsLFM采集所得的高維光場數據中抽離出不同深度的高分辨信息并進行匹配融合，以此還原大尺度高分辨的三維體信息。
展開 VirtualLab Fusion非序列光場追跡
各頻譜w的解是一個電磁諧波場，它是由三個電場分量和三個磁場分量決定的。在光學系統建模中，求解系統域Ω中所有場的分量是一個最普遍待解決的任務。
為了簡化符號我們使用場矢量V來概述六個場方向：
由麥克斯韋方程來看，很明顯六個場方向并不是獨立的。尤其是我們總是可以從電場矢量計算出磁場。然而我們使用場矢量V是為了強調模擬中必須包含了六個場分量，這為我們定義探測器提供了最大的靈活性，能夠方便的讓我們進行光場性能評估。例如，在能量考慮方面，坡印廷矢量是非常實用的。其定義結合了磁場和電場。
圖1闡述了所關心的建模情景。系統位于域Ω?R3中。J 個子域Ωj都處在折射率n ?(r)中，其中r=(x,y,z)是非均勻的。我們使用Γj來表示各子域Ωj的邊界。
圖1.形式上一個系統被分成J個子域Ωj。所有的子域都處在一個折射率為n的均勻和各項同性介質中。子域的邊界用Γj表示。
從實際的角度來看，子域與系統的元件緊密相關，但對于接下來要討論的內容來說那并不重要。特別是其有利于將一個元件分解成多個子域。此外，有時候這有利于在系統的均質區域定義一個子域。根據建模技術的規格，可以在一定程度上自由地選擇子域的形狀和尺寸。所有的子域都處在折射率為n的均勻電介質中。
為了獲得一個公式以模擬整個系統，我們應用了一些分解和互聯的方法。首先我們為每個子域Ωj定義了散射問題。然后我們確定方程以將局部散射問題的解進行互聯。最終，全局問題由一個均衡方程描述以確保場的連續性。
為了定義局部散射問題，我們將邊界Γj處的光場表示為
此外，我們使用來定義作用于子域Ωj的輸入光場，使用來定義對應的輸出光場。通過算符 散射問題的解定義了輸入場到輸出場的映射
互聯問題描述了在均質中一個輸入場和一個輸出場中任意一對（，）之間的關系。
展開 非序列光場追跡
實際上，這似乎有以下原因：（1）只有單個光源存在，（2）光沿一個路徑傳播通過元件（例如，在顯微鏡中經過一系列透鏡），（3）僅僅在表示探測器的一個（或者一些）平面上計算結果（例如，一個相機）。在[12]中已經討論了序列場追跡（其中命名為“對流單鄰近似”），對一個包含初始（光源）到終止（探測器）光路系統，它生成一個非零輸入的。這里，我們將這種方法推廣到一般情況，我們也稱之為非序列場追跡。
舉一個簡單的例子，我們來討論光路樹的結構，這個例子是一個包含了一個光源、兩個平板和一個用于計算光場的探測器的光學系統。裝置如圖3所示。
圖3.包含一個光源，兩個平板和一個探測器的光學系統的例子。箭頭表示的是求和中的單個被加項，級次代表了計算截斷求和的迭代步數。
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全文內容請閱讀原文或者訪問http://www.infotek.com.cn/html/16/20170826837.html。
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Layer-Cake技術
那光場實驗室是如何做到上述過程的呢？憑借已經授權的300多項專利技術。
展開 VirtualLab Fusion對SNOM光纖探針外部光場分布的仿真
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( 1.中國計量大學計量測試工程學院，杭州310018，2.訊技光電科技(上海)有限公司，上海200092；3.比薩大學 物理系，比薩56127)
摘要：為了研究掃描近場光學顯微鏡(SNOM) 光纖探針的光學特性，采用基于場追跡方法的光學軟件VirtualLab Fusion 進行了仿真實驗，取得了SNOM光學探針尖端外部光場的分布情況。結果表明，沿z軸方向，不同截面上的光場分布都會呈現小孔衍射的圖案，其中心斑點中心強度隨著z值的變大而呈近似指數函數衰減，到z=100nm位置處幾乎衰減為0;中心斑點輪廓線的半峰全寬隨著z值的變大而呈現先不變后增大的趨勢，其拐點處于z=20nm位置處，此時對應的中心強度值為7.2V/m2，這個強度值按指數函數計算正好處于z=0nm位置處強度的e-2。結果清晰顯示了SNOM光學探針的光學特性，證實SNOM探針工作時需要與樣品表面保持在10nm左右的必要性。
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基于Lumerical Mode的典型波導腔面本征模式的光場圖計算
結果輸出
當求解完成后，關閉光場圖結果頁。展開FDE模塊樹可以右擊已算出的模式數據包，
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**輸出格式可以是圖片或者記事本文檔，建議輸出后者以便加工作圖
總結，該方法已經被成熟運用于相關論文本征模式光場的作圖與分析：
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基于Rsoft多物理場耦合的熱光調制模擬
大家好，今天我分享的案例模型是一種基于光耦合器的熱光調制光開關模型。是基于rsoft軟件中beam模塊耦合熱光調制物理場而展開模擬研究的。
圖1 熱光調制光開關基本幾何模型
其中加熱電極為鋁電極，具體配置的材料參數圖示如下圖2所示：
圖2鋁電極材料設置參數
其中參數WA,PxA均為參數變量，可自行設定控制波導所在位置。由于熱光調制效應需要涉及到物理場熱光效應模塊，因此對于波導、鋁電極材料分別進行相應材料參數設定。具體如下圖3所示
圖3 波導材料及鋁熱電極熱光材料參數設定
在完成多物理場耦合設置后，進行物理場模擬運算，運算結果如下所示，由于溫度的變化導致波導表面的折射率發生相應的改變：
圖4 溫度變化導致波導表面處有折射率變化
圖5 熱光調制光開光結果圖
如圖5所示，為耦合式光開關調控光場的模擬示意圖，藍色為入射光波導中的光監測能量，綠色為耦合端波導的耦合光能量。因為加熱電極對耦合器的熱光調制作用會使得入射光端處的光能量更顯著一些，而耦合端的光能量較低。因此可實現光開關的閉合和通路的作用。
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展開 將文本文件如光場等導入VirtualLab Fusion
用戶可以導入 2D 數據陣列（例如光場數據）或等距和非等距 1D 陣列，例如特定材料的色散曲線。此用例引入了一種工具，使用戶能夠從任何類型的文本文件導入數據。
2 文本文件的導入
您可以通過導航至文件 > 導入 > 導入文本文件來訪問導入工具。它支持各種自定義文本數據格式，如 txt 或 csv文件。
3 數據數組類型
可以導入 1D 和 2D 數據數組。對于具有多個子集的 1D數據，用戶可以指定各個集合是否由文本文件的列或行表示。
3.1數據陣列類型——非等距數據陣列
對于非等距數據陣列，用戶可以指定坐標是否已在文件中提供或需要在向導中定義。如果選擇前一個選項，軟件將從第一列（或行）提取坐標。如果選擇后一個選項，則遵循與等距數據相同的工作流程。
3.2坐標的定義
3.3物理性質 - 單位
4 示例
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展開 將文本文件如光場等導入VirtualLab Fusion
用戶可以導入 2D 數據陣列（例如光場數據）或等距和非等距 1D 陣列，例如特定材料的色散曲線。此用例引入了一種工具，使用戶能夠從任何類型的文本文件導入數據。
