復眼透鏡陣列的案例
ZEMAX | 如何模擬照明均勻的復眼透鏡陣列
如上圖所示為復眼透鏡陣列，該圖片由 In Vision 公司提供。陣列中每個獨立的光學元件的輪廓可以是方形或矩形的，并且每個光學元件的外形可以為球面或非球面（例如 X和 Y 方向光焦度不同的情況）。通常情況下，陣列中的光學元件只在一個表面上有光焦度，另一個表面通常為平面。
如果想要在 OpticStudio 中模擬該元件，最簡單的方式是使用透鏡陣列1 (Lenslet Array 1) 物體（也可以使用透鏡陣列 2 (Lenslet Array 2) 物體）。透鏡陣列1物體由矩形體陣列組成，每個單元的前表面為平面，后表面可由用戶自定義為曲面表面。陣列的表面可以為平面、球面、圓錐面或多項式表示的非球面，也可以為球面、圓錐面或多項式非球面系數表示的柱面。該物體類型的定義方式非常靈活，并且我們可以對陣列中每個元件的實際形狀進行優化。
上圖所示是使用一個透鏡陣列1物體生成的 7x5 矩形透鏡陣列，每個單元是球面透鏡的一部分矩形區域。我們也可以使用其他物體類型進行建模，例如透鏡陣列 2 物體或六邊形透鏡陣列 (Hexagonal Lenslet Array) 物體。
在序列模式下可以使用用戶自定義表面功能對透鏡陣列進行建模。OpticStudio 提供了球面陣列、圓錐非球面陣列、偶次非球面陣列以及柱形透鏡陣列的示例。
如何實現均勻照明
復眼透鏡陣列通常成對出現，并與聚光鏡一起為照明平面提供均勻的輻照度分布。第一個復眼透鏡陣列通常稱為物鏡陣列，第二個沿光軸的復眼透鏡陣列稱為場鏡陣列。在本例中我們首先考慮物鏡陣列。物鏡陣列的功能與相機中的物鏡類似，它用來對物體進行成像，或將本例中的光源成像在物鏡陣列的后焦面上，如下圖所示。
展開 復眼勻光系統設計 | SYNOPSYS 光學設計軟件第80課
優化積分透鏡的位置和曲率半徑、圓錐常數。
用YA去控制每個復眼單元上下位置的光線聚集到固定的位置。
注意正負號和中心光線的控制，不需要GSR/GNR等像差控制。
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用于M×N陣列波長選擇開關的光纖耦合微透鏡陣列設計
WSS中負責將空間光束與光纖耦合的端口陣列模塊，決定了M×N端口WSS的關鍵參數，如輸入/輸出端口數量和插入損耗。本文采用強大的物理光學仿真工具VirtualLab Fusion 2023.1（Build 1.558）軟件，設計優化了硅基微透鏡陣列，實現1143 μm間距光纖陣列的高精度耦合。最終，所設計的微透鏡經制造驗證，在3 dB插入損耗條件下展現出優異的聚焦能力。該微透鏡陣列耦合系統在傳輸約300 mm距離后，可生成28個直徑約1mm（光束1/e2直徑）的聚焦光斑，顯著擴展了波長選擇開關的端口數量。該微透鏡陣列設計方法顯著提升了M×N端口波長選擇開關的端口數量，成功擴展至令人矚目的28×28端口規模。
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WSS中負責將空間光束與光纖耦合的端口陣列模塊，決定了M×N端口WSS的關鍵參數，如輸入/輸出端口數量和插入損耗。本文采用強大的物理光學仿真工具VirtualLab Fusion 2023.1（Build 1.558）軟件，設計優化了硅基微透鏡陣列，實現1143 μm間距光纖陣列的高精度耦合。最終，所設計的微透鏡經制造驗證，在3 dB插入損耗條件下展現出優異的聚焦能力。該微透鏡陣列耦合系統在傳輸約300 mm距離后，可生成28個直徑約1mm（光束1/e2直徑）的聚焦光斑，顯著擴展了波長選擇開關的端口數量。該微透鏡陣列設計方法顯著提升了M×N端口波長選擇開關的端口數量，成功擴展至令人矚目的28×28端口規模。
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陣列元件的示例是（另請參見上圖）。
a）菲涅耳透鏡陣列，
b）球面透鏡陣列，
c）GRIN陣列，
d）三角形表面陣列。
數組屬性可以與任何類型的表面（即球面，非球面，菲涅耳面，GRIN等）結合使用。
具有球面的透鏡陣列的波前圖。陣列擴展由基礎（通道）表面的孔的大小和形狀定義。
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a）菲涅耳透鏡陣列，
b）球面透鏡陣列，
c）GRIN陣列，
d）三角形表面陣列。
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b）球面透鏡陣列，
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陣列元件的示例是（另請參見上圖）。
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b）球面透鏡陣列，
c）GRIN陣列，
d）三角形表面陣列。
數組屬性可以與任何類型的表面（即球面，非球面，菲涅耳面，GRIN等）結合使用。
具有球面的透鏡陣列的波前圖。陣列擴展由基礎（通道）表面的孔的大小和形狀定義。
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b）球面透鏡陣列，
c）GRIN陣列，
d）三角形表面陣列。
數組屬性可以與任何類型的表面（即球面，非球面，菲涅耳面，GRIN等）結合使用。
具有球面的透鏡陣列的波前圖。陣列擴展由基礎（通道）表面的孔的大小和形狀定義。
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微透鏡陣列的高級模擬
摘要
微透鏡陣列在數字投影儀、光學擴散器、三維成像等各種光學應用中得到越來越多的關注。VirtualLab Fusion允許應用一種先進的場跟蹤算法，通過所謂的多通道概念來分析這樣的數組元素。在本例中，介紹了微透鏡陣列組件的配置和使用。
微透鏡陣列的結構配置
場通過哪一種方法通過MLA傳播？
子通道分解 ? 該MLA組件的特點是，用戶可以選擇是通過一步(a)通過多個微透鏡傳播整個場，還是先分解場，使每個微透鏡單獨評估，每個這些所謂的子通道的輸出場隨后通過后續系統進行進一步處理，然后所有場被適當地放在一起(b) .? 子通道模擬更準確，但可能需要更長的時間。 哪種選擇更合適取決于多種因素。例如 微透鏡的數量，表面變化的強度，? 在哪里評估透鏡后面的場（近場、焦點、遠場）。 所以最好測試這兩個選項。? 有關配置，請轉到通道配置頁面上的“子通道：X 域”選項卡.
More Info about Subchannel Concept 子通道評估 ? VirtualLab Fusion還可以分別評估每個微透鏡的結果. ? 在“通道模式管理”選項卡上，通道模式可以通過它們的索引來選擇.
近場評估探測器的定位
區域邊界管理
場景演示
演示示例的配置
光線追跡結果: 綜述
光線追跡結果: 遠場
場追跡結果: 近場的能量密度
場追跡結果: 遠場的能量密度
在這里，沒有子通道的模擬中出現的數值偽影對遠場的影響較小。
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摘要
微透鏡陣列在數字投影儀、光學擴散器、三維成像等各種光學應用中得到越來越多的關注。VirtualLab Fusion允許應用一種先進的場跟蹤算法，通過所謂的多通道概念來分析這樣的數組元素。在本例中，介紹了微透鏡陣列組件的配置和使用。
微透鏡陣列的結構配置
場通過哪一種方法通過MLA傳播？
子通道分解
? 該MLA組件的特點是，用戶可以選擇是通過一步(a)通過多個微透鏡傳播整個場，還是先分解場，使每個微透鏡單獨評估，每個這些所謂的子通道的輸出場隨后通過后續系統進行進一步處理，然后所有場被適當地放在一起(b) .
? 子通道模擬更準確，但可能需要更長的時間。 哪種選擇更合適取決于多種因素。
例如 微透鏡的數量，表面變化的強度，
? 在哪里評估透鏡后面的場（近場、焦點、遠場）。 所以最好測試這兩個選項。
? 有關配置，請轉到通道配置頁面上的“子通道：X 域”選項卡.
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子通道評估
? VirtualLab Fusion還可以分別評估每個微透鏡的結果.
? 在“通道模式管理”選項卡上，通道模式可以通過它們的索引來選擇.
展開 微透鏡陣列的高級模擬
由于相位信息不能直接獲取(在實驗環境中)，使用微透鏡陣列來產生聚焦圖案。通過分析這些圖案，例如測量焦點的橫向位移，可以獲得每個位置的入射波前的細節。使用快速物理光學建模和設計軟件VirtualLab Fusion，不僅可以直接獲得原始相位信息(這是仿真技術的好處之一)，還可以模擬光在整個夏克-哈特曼光學設備中的傳播。下面你可以看到一些物理光學模擬夏克-哈特曼類系統的例子。
夏克-哈特曼傳感器的仿真
用不同數值孔徑的平面波和球面波描述了夏克-哈特曼傳感器的工作原理。傳感器本身由雙凸微透鏡陣列組成。
用于x射線光學的哈特曼波前傳感器
在這個用例中，我們模擬了x射線場通過由針孔陣列組成的哈特曼波前傳感器的傳播。
展開 通過微透鏡陣列的傳播
隨著現代技術的發展，微透鏡陣列等專用光學元件越來越受到人們的重視。特別是在光學投影系統、材料加工單元、光學擴散器等領域，微透鏡陣列得到了廣泛的應用。在VirtualLab Fusion中，可以使用最新發布的版本中引入的一個新的MLA組件來設置和模擬這樣的系統，允許對微透鏡組件后面的近場以及遠場和焦點區域的傳輸場進行徹底的研究。
微透鏡陣列后光傳播的研究
本用例研究微透鏡陣列后傳播的光。給出并討論了近場、焦平面和遠場的效應。
微透鏡陣列的高級模擬
本用例解釋了VirtualLab Fusion中微透鏡陣列組件的配置和使用。
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