衍射模擬VirtualLab Fusion
關(guān)注創(chuàng)建者：追光ing 創(chuàng)建時間：2023-05-31
衍射模擬VirtualLab Fusion的實例教程
MO.001（1.3）
作者：Michael Kuhn （LightTrans）
相關(guān)案例：23.01
相關(guān)教程：-
需求：VirtualLab Fusion-基本工具箱
許可證：CC-BY-SA 3.0
1.建模任務(wù)
? 偏振：x方向的線性偏振
? 激光直徑（1/e2）：3.26mm
? 波長：632.8nm
衍射光束整形器元件傳輸
像素大?。?1.5×21.5um
像素：250×250
直徑：5.4×5.4mm
相位級次：4
2.光路圖
開始光學(xué)系統(tǒng)仿真
3.系統(tǒng)仿真
? 目標(biāo)屏上的強度
? 效率：72%
? 均勻性誤差：3.7%
4.結(jié)論
? 可以仿真近軸和非近軸透鏡以及透鏡系統(tǒng)。
? 已存儲的傳輸函數(shù)允許將任意振幅和相位調(diào)節(jié)引入到光波。
? 允許仿真衍射光學(xué)元件產(chǎn)生的效應(yīng)。
展開 整個模擬時間將接近一個小時。通過使用VirtualLab Fusion中的分布式計算技術(shù)，在6臺多核PC機上使用24個客戶端網(wǎng)絡(luò)，可以將仿真時間縮短到4分鐘以內(nèi)。
基本模擬任務(wù)
基本任務(wù)集合：波長
使用分布式計算的集合模擬
概述模擬時間
節(jié)省93%的計算時間！??！
文件信息
摘要
衍射光柵的定義特征是其結(jié)構(gòu)的周期性，根據(jù)傅里葉理論預(yù)測，這種周期性會導(dǎo)致入射光在透射和反射中被分成一組離散的級次。這些傳播級次的數(shù)量，以及每個級次的偏轉(zhuǎn)角度，取決于輻射的波長、光柵前后介質(zhì)的折射率、結(jié)構(gòu)的周期和入射角。這種依賴關(guān)系在數(shù)學(xué)上被編碼在光柵方程中。在這個使用案例中，我們介紹了VirtualLab Fusion的衍射角計算器，這是一種用于涉及光柵方程計算的便捷工具。
打開衍射角計算器
設(shè)置輸入?yún)?shù)
選擇要顯示的衍射級次
光柵方程
衍射級次圖
衍射級次圖
示例
在一般光學(xué)設(shè)置中的示例
文件信息
更多閱覽
-傅里葉模態(tài)法對閃耀光柵的分析
-薄元近似法（TEA）與傅里葉模態(tài)法（FMM）在光柵建模中的比較
展開 VirtualLab Fusion：基本工具箱+衍射工具箱
1.建模任務(wù)
? 這個案例演示了設(shè)計一個理想化微結(jié)構(gòu)的光束整形鏡。
? 光束整形鏡產(chǎn)生一個任意相位調(diào)制（非離散相位級次）。
? 反射鏡將高斯激光束整形成一個圓形高帽。
? 這個案例將演示計算反射鏡的光學(xué)函數(shù)。
? 在開始此案例之前，我們迫切建議您閱讀案例LBS.001和545。
入射激光光束
? 波長：632.8nm
? 激光光束直徑（1/e2）：2.5mm
? 發(fā)散角（全角1/e2）：≈0.01°
? M2值：1
目標(biāo)平面上期望強度分布
? 直徑（FWHM）；3mm
? 邊緣寬度（能量從90%衰減到10%）：70um
? 效率：>90%
? 信噪比（SNR）：>40dB
2.設(shè)計概念
? 設(shè)計沒有離散相位級的光束整形透過函數(shù)。
? 第一步：忽略反射鏡并且計算一個衍射光束整形器的透過率函數(shù)。
? 第二步：由透射光束整形器的光學(xué)函數(shù)計算反射鏡的光學(xué)函數(shù)。
第一步
優(yōu)化一個衍射光束整形器的透過率函數(shù)
1.
展開 
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衍射模擬VirtualLab Fusion的最新內(nèi)容
摘要
干涉測量裝置可用于樣品的研究。在此用例中，我們用邁克爾遜干涉儀分析一個平臺樣品。該分析是針對一組500個不同波長進行的。整個模擬時間將接近一個小時。通過使用VirtualLab Fusion中的分布式計算技術(shù)，在6臺多核PC機上使用24個客戶端網(wǎng)絡(luò)，可以將仿真時間縮短到4分鐘以內(nèi)。
基本模擬任務(wù)
基本任務(wù)集合：波長
使用分布式計算的集合模擬
概述模擬時間
摘要
在這個用例中，一個完整的FOV測試圖像(在x和y方向分別采樣101個角度，總共有10,201個角度)通過波導(dǎo)設(shè)備傳播。
一個具有數(shù)百個嚴格光柵評估的基本模擬大約需要7秒。這導(dǎo)致整個圖像的估計總計算時間超過31小時。
通過使用一個由8個多核PC組成的網(wǎng)絡(luò)，提供35個客戶端分布式計算，將模擬時間減少到1小時5分鐘。
基本模擬任務(wù)
基本任務(wù)集合：FOV
使用分布式計算的集合模擬
前言
在光學(xué)設(shè)計領(lǐng)域，鏡頭系統(tǒng)是核心研究對象，鏡頭相關(guān)設(shè)計與仿真在光學(xué)設(shè)計中占據(jù)著重要比重。傳統(tǒng)鏡頭分析多依托幾何鏡頭設(shè)計等專業(yè)工具，而在需要精細化衍射分析的實際場景中，光學(xué)仿真需兼顧衍射效應(yīng)等關(guān)鍵物理特性。本次我將以像散轉(zhuǎn)換器為實操案例，為大家講解如何通過 VirtualLab Fusion 導(dǎo)入鏡頭文件，完成包含衍射分析的光學(xué)系統(tǒng)仿真。
圖1. 模式像散轉(zhuǎn)換器概念圖
如圖1所示
打開衍射角計算器
衍射光柵的定義特征是其結(jié)構(gòu)的周期性，根據(jù)傅里葉理論預(yù)測，這種周期性會導(dǎo)致入射光在透射和反射中被分成一組離散的級次。這些傳播級次的數(shù)量，以及每個級次的偏轉(zhuǎn)角度，取決于輻射的波長、光柵前后介質(zhì)的折射率、結(jié)構(gòu)的周期和入射角。這種依賴關(guān)系在數(shù)學(xué)上被編碼在光柵方程中。在這個使用案例中，我們介紹了VirtualLab Fusion
摘要
衍射光柵的定義特征是其結(jié)構(gòu)的周期性，根據(jù)傅里葉理論預(yù)測，這種周期性會導(dǎo)致入射光在透射和反射中被分成一組離散的級次。這些傳播級次的數(shù)量，以及每個級次的偏轉(zhuǎn)角度，取決于輻射的波長、光柵前后介質(zhì)的折射率、結(jié)構(gòu)的周期和入射角。這種依賴關(guān)系在數(shù)學(xué)上被編碼在光柵方程中。在這個使用案例中，我們介紹了VirtualLab Fusion
最后，通過使用 VirtualLab Fusion 進行仿真，顯示了對不期望的高衍射級次的抑制效果。
在本示例中，根據(jù) Bang 等人的研究成果，在分束 DOE 系統(tǒng)中將體光柵設(shè)計成角度濾波器，以抑制不需要的高衍射階數(shù)。為此，首先分析了體光柵的角度靈敏度。
全息體光柵通常由雙光束干涉制成，以其波長和角度敏感性而著稱
摘要
全息體光柵通常由雙光束干涉制成，以其波長和角度敏感性而著稱。因此，它們可以被設(shè)計成角度截止濾波器。
在本示例中，根據(jù) Bang 等人的研究成果，在分束 DOE 系統(tǒng)中將體光柵設(shè)計成角度濾波器，以抑制不需要的高衍射階數(shù)。為此，首先分析了體光柵的角度靈敏度。
最后，通過使用 VirtualLab Fusion
設(shè)計任務(wù)
使用近軸近似的衍射1：7×7分束器的初步設(shè)計，通過嚴格分析，進一步優(yōu)化零階均勻性和影響
直接設(shè)計非近軸衍射分束器仍然是一個挑戰(zhàn)。由于衍射角相當(dāng)大，元件的特征尺寸與工作波長在相同的數(shù)量級上。因此，設(shè)計過程超出了近軸建模方法。因此，在這個例子中，迭代傅里葉變換算法
摘要
直接設(shè)計非近軸衍射分束器仍然是一個挑戰(zhàn)。由于衍射角相當(dāng)大，元件的特征尺寸與工作波長在相同的數(shù)量級上。因此，設(shè)計過程超出了近軸建模方法。因此，在這個例子中，迭代傅里葉變換算法(IFTA)和薄元素近似(TEA)用于衍射元素的初始設(shè)計結(jié)構(gòu)，和傅里葉模態(tài)方法(FMM)隨后應(yīng)用于嚴格的性能評估。
設(shè)計任務(wù)
衍射擴散器可以被設(shè)計來創(chuàng)建任何圖案。在這里，我們展示了 VirtualLab Fusion的一些可能性，以設(shè)計、優(yōu)化、建模和仿真這種衍射光學(xué)元件（DOE）并把公司的標(biāo)志投射到一幢大樓上。有不同的方法來生成光的圖案。利用相干激光和衍射擴散器元件，可以實現(xiàn)良好的效率和有趣的光紋理，這將在下面進行演示。
