場(chǎng)追跡技術(shù)
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時(shí)間：2025-12-12
場(chǎng)追跡技術(shù)的實(shí)例教程
A 36, 1551-1558 (2019)
參考文獻(xiàn)
VirtualLab Fusion的強(qiáng)大之處，不只是“能算出結(jié)果”，而是它提供了一套圍繞光場(chǎng)傳播的完整分析邏輯。VirtualLab Fusion 的場(chǎng)追跡技術(shù)，本質(zhì)上是將光場(chǎng)傳播統(tǒng)一到傅里葉域框架下，再針對(duì)不同傳播任務(wù)選擇合適的傅里葉變換算法組合來實(shí)現(xiàn)高效而精確的計(jì)算。通過這三類算法的協(xié)同，VirtualLab Fusion 能夠在統(tǒng)一的場(chǎng)追跡框架中兼顧傳播精度、計(jì)算效率和建模靈活性，從而實(shí)現(xiàn)從整面?zhèn)鞑サ骄植恐瘘c(diǎn)分析、從標(biāo)準(zhǔn)傅里葉傳播到高NA矢量場(chǎng)計(jì)算的多層次光場(chǎng)仿真。對(duì)于使用者來說，真正重要的不是記住算法縮寫，而是理解它們背后的適用條件與建模意圖。
五、結(jié)語(yǔ)
展開 ? 能量閾值越小，追跡的路徑越多。
4. 最高級(jí)別(非序列光線\光場(chǎng)追跡)
? 最高級(jí)別是非序列追跡引擎的停止標(biāo)準(zhǔn)。
? 該參數(shù)直接限制每個(gè)非序列路徑檢測(cè)到的表面過度/相互作用的數(shù)量。
最高級(jí)別：過度/相互作用
對(duì)于非順序的傳播VirtualLab跟蹤不同的光路/信道：
? 相鄰圖示說明了在非順序模擬過程中使用的級(jí)別編號(hào)。
? 隨著每個(gè)表面的相互作用，等級(jí)會(huì)增加。
L＃ ……光傳播的級(jí)別
I＃ ……表面相互作用
相關(guān)級(jí)別的默認(rèn)值為100。
? 下面顯示了最高級(jí)別的影響示例。
? 就本例而言，入射角為30°的平面波通過標(biāo)準(zhǔn)具的傳播。
? 最高級(jí)別越高，追跡的路徑越多。
5. 路徑檢測(cè)(非序列光線\光場(chǎng)追跡)
? VirtualLab使用兩步過程追跡非順序場(chǎng)。
? 在第一步中，VirtualLab將搜索存在哪些光路。在第二步中，場(chǎng)沿著已找到的路徑傳播。
? 光路搜索意味著識(shí)別哪些光路/光柵區(qū)域存在哪些入射和出射通道。
? 這是通過默認(rèn)為1的信道分辨率精度完成的。
6. 路徑可視化(非序列光線\光場(chǎng)追跡)
? 在3D視圖中僅顯示入射檢測(cè)器的路徑參數(shù)控制所有場(chǎng)的非序列路徑的可視化。
? 對(duì)于雜散光可視化，看到?jīng)]有入射指定檢測(cè)器的光路可能會(huì)很有趣
7. 文件和技術(shù)信息
展開 摘要
通過考慮諧波場(chǎng)而非光線，光場(chǎng)追跡法對(duì)光線追跡法進(jìn)行了概括推廣。光場(chǎng)追跡法可以容許位于系統(tǒng)不同子區(qū)域的不同的建模技術(shù)進(jìn)行無縫連接。基于分解和互聯(lián)的理念，這篇文章介紹了非序列場(chǎng)追跡的基本概念，同時(shí)推導(dǎo)出了相應(yīng)的算子方程組和一個(gè)求解公式用于仿真。對(duì)問題的求值需要局部麥克斯方程的解（分解）；并且隨著迭代過程的收斂實(shí)現(xiàn)解決方案在通過界面處的連續(xù)性（互聯(lián)）。通過使用引入的一種新的光路樹算法，對(duì)需要求解的局部問題的數(shù)量進(jìn)行優(yōu)化。最后，我們展示了一些選擇局部麥克斯韋方程組的案例和數(shù)值結(jié)果。
1.簡(jiǎn)介
現(xiàn)代光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要高級(jí)模擬技術(shù)。通常，仿真過程中需要在時(shí)域或者頻域中求解麥克斯韋方程組。即使這些方程的解決方案已經(jīng)在過去數(shù)十年被廣泛的討論，使用比如有限元法（FEM），但由于以下主要原因，其在光學(xué)領(lǐng)域仍然非常具有挑戰(zhàn)性：（1）感興趣的波長(zhǎng)一般在1微米以下，有時(shí)甚至在100納米之下，（2）一個(gè)系統(tǒng)中的長(zhǎng)度量級(jí)可能在納米和米之間變化。應(yīng)用波長(zhǎng)532納米（綠光）的標(biāo)準(zhǔn)激光系統(tǒng)，使用特征尺寸僅有幾微米的結(jié)構(gòu)界面并且需要在一個(gè)系統(tǒng)中與數(shù)厘米或者米的結(jié)構(gòu)一同模擬。這表明物理光學(xué)模擬，例如，使用標(biāo)準(zhǔn)的有限元法，如今在標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)上并不可行。
另一方面，大部分光學(xué)系統(tǒng)可以通過使用近似的方法，實(shí)現(xiàn)足夠精確的模擬。尤其是光線追跡方法在光學(xué)模擬中得到了廣泛的使用。幾款基于光線追跡方法的商業(yè)工具在二十世紀(jì)八十年代隨著個(gè)人電腦技術(shù)的新興便已確立。然而，光線追跡方法有一些嚴(yán)重的限制，例如，當(dāng)系統(tǒng)中存在微結(jié)構(gòu)時(shí)，其便會(huì)失效。
這就是我們引入場(chǎng)追跡的原因[6,12]。場(chǎng)追跡將一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)分解成子域。與光線追跡相比，場(chǎng)追跡是計(jì)算通過系統(tǒng)的電磁諧波場(chǎng)。在實(shí)際應(yīng)用中，此方法具有三個(gè)基本的優(yōu)勢(shì)：（1）場(chǎng)追跡法統(tǒng)一光學(xué)建模。
展開 ? 首先，利用光線追跡引擎對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行不包含衍射的分析；
? 然后，使用場(chǎng)追跡引擎對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析，其中包含的衍射通常是自動(dòng)包含的，但是可以通過不同的用戶設(shè)置來控制。
4. 光線追跡系統(tǒng)分析
? 光線追跡系統(tǒng)分析器
- 通常開始使用光線追跡系統(tǒng)分析器（Ray
- Tracing System Analyzer）分析您的系統(tǒng)。
? 用于演示工作流程的原理設(shè)置包括
- 球面波，默認(rèn)設(shè)置，但距離輸入平面（Distance to Input Plane）10毫米；
- 矩形孔徑，矩形孔徑（Rectangular Aperture）為1mm×1mm；
- 相機(jī)探測(cè)器默認(rèn)設(shè)置。
? 光線追跡引擎
- 接下來，應(yīng)該使用光線追跡引擎檢查探測(cè)器的輸出，而不包含任何衍射效應(yīng)。
5. 場(chǎng)追跡系統(tǒng)分析
? 第2代場(chǎng)追跡
- 現(xiàn)在，該系統(tǒng)可以在不包含衍射的情況下通過場(chǎng)追跡進(jìn)行分析。
- 這必須在檢測(cè)器設(shè)置中通過激活復(fù)選框來設(shè)置，假設(shè)檢測(cè)器評(píng)估的幾何場(chǎng)區(qū)域。
-因此，探測(cè)器上的強(qiáng)度圖沒有顯示出任何衍射效應(yīng)。
? 第2代場(chǎng)追跡
- 現(xiàn)在，該系統(tǒng)可以在包含衍射的情況下通過場(chǎng)追跡進(jìn)行分析。
- 這必須在檢測(cè)器設(shè)置中通過不激活復(fù)選框來設(shè)置，假設(shè)檢測(cè)器評(píng)估的幾何場(chǎng)區(qū)域。
- 在VirtualLab中，所需包含的衍射是由引擎自動(dòng)決定的。
- 因此，探測(cè)器上的強(qiáng)度圖顯示出衍射效應(yīng)。
? 第2代場(chǎng)追跡
- 在這個(gè)示例中，可以通過減小球面波到孔徑的距離來減小衍射的影響。
- 因此，到球面波輸入平面的距離減小到3mm。
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通過考慮諧波場(chǎng)而非光線，光場(chǎng)追跡法對(duì)光線追跡法進(jìn)行了概括推廣。光場(chǎng)追跡法可以容許位于系統(tǒng)不同子區(qū)域的不同的建模技術(shù)進(jìn)行無縫連接。基于分解和互聯(lián)的理念，這篇文章介紹了非序列場(chǎng)追跡的基本概念，同時(shí)推導(dǎo)出了相應(yīng)的算子方程組和一個(gè)求解公式用于仿真。對(duì)問題的求值需要局部麥克斯方程的解（分解）；并且隨著迭代過程的收斂實(shí)現(xiàn)解決方案在通過界面處的連續(xù)性（互聯(lián)）。通過使用引入的一種新的光路樹算法，對(duì)需要求解的局部問題的數(shù)量進(jìn)行優(yōu)化。最后，我們展示了一些選擇局部麥克斯韋方程組的案例和數(shù)值結(jié)果。
1. 簡(jiǎn)介
現(xiàn)代光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要高級(jí)模擬技術(shù)。通常，仿真過程中需要在時(shí)域或者頻域中求解麥克斯韋方程組。即使這些方程的解決方案已經(jīng)在過去數(shù)十年被廣泛的討論，使用比如有限元法（FEM），但由于以下主要原因，其在光學(xué)領(lǐng)域仍然非常具有挑戰(zhàn)性：（1）感興趣的波長(zhǎng)一般在1微米以下，有時(shí)甚至在100納米之下，（2）一個(gè)系統(tǒng)中的長(zhǎng)度量級(jí)可能在納米和米之間變化。應(yīng)用波長(zhǎng)532納米（綠光）的標(biāo)準(zhǔn)激光系統(tǒng)，使用特征尺寸僅有幾微米的結(jié)構(gòu)界面并且需要在一個(gè)系統(tǒng)中與數(shù)厘米或者米的結(jié)構(gòu)一同模擬。這表明物理光學(xué)模擬，例如，使用標(biāo)準(zhǔn)的有限元法，如今在標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)上并不可行。
另一方面，大部分光學(xué)系統(tǒng)可以通過使用近似的方法，實(shí)現(xiàn)足夠精確的模擬。尤其是光線追跡方法在光學(xué)模擬中得到了廣泛的使用。幾款基于光線追跡方法的商業(yè)工具在二十世紀(jì)八十年代隨著個(gè)人電腦技術(shù)的新興便已確立。然而，光線追跡方法有一些嚴(yán)重的限制，例如，當(dāng)系統(tǒng)中存在微結(jié)構(gòu)時(shí)，其便會(huì)失效。
這就是我們引入場(chǎng)追跡的原因[6,12]。場(chǎng)追跡將一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)分解成子域。與光線追跡相比，場(chǎng)追跡是計(jì)算通過系統(tǒng)的電磁諧波場(chǎng)。在實(shí)際應(yīng)用中，此方法具有三個(gè)基本的優(yōu)勢(shì)：（1）場(chǎng)追跡法統(tǒng)一光學(xué)建模。其概念允許我們?cè)谙到y(tǒng)的不同子域中應(yīng)用任何表述矢量諧波場(chǎng)的技術(shù)。
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VirtualLab Fusion的非序列場(chǎng)追跡技術(shù)能夠精確建模完全不同類型的標(biāo)準(zhǔn)具，無論是結(jié)合高反射膜層的平面或曲面。此外，物理-光學(xué)建模方法自動(dòng)包含矢量效應(yīng)，因此允許研究偏振效應(yīng)對(duì)干涉圖樣的影響。
光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)具用于各種應(yīng)用，例如在光譜學(xué)和激光諧振器領(lǐng)域。
利用VirtualLab Fusion的非序列場(chǎng)追跡技術(shù)，分析了多種結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)具，研究了輸出干涉條紋的差異，包括偏振效應(yīng)。
利用非序列場(chǎng)追跡技術(shù)，充分考慮了多元反射對(duì)條紋對(duì)比度的影響，研究了涂層的反射率對(duì)條紋對(duì)比度的影響。
建模任務(wù)
VirtualLab Fusion 的場(chǎng)追跡技術(shù)，本質(zhì)上是將光場(chǎng)傳播統(tǒng)一到傅里葉域框架下，再針對(duì)不同傳播任務(wù)選擇合適的傅里葉變換算法組合來實(shí)現(xiàn)高效而精確的計(jì)算。通過這三類算法的協(xié)同，VirtualLab Fusion 能夠在統(tǒng)一的場(chǎng)追跡框架中兼顧傳播精度、計(jì)算效率和建模靈活性，從而實(shí)現(xiàn)從整面?zhèn)鞑サ骄植恐瘘c(diǎn)分析、從標(biāo)準(zhǔn)傅里葉傳播到高NA矢量場(chǎng)計(jì)算的多層次光場(chǎng)仿真。
光學(xué)檢測(cè)用的斐索干涉儀
借助非連續(xù)場(chǎng)追跡技術(shù)建立了斐索干涉儀，并顯示了來自幾個(gè)不同測(cè)試表面的干涉條紋。
原文信息
原文標(biāo)題：“基于混合光線波前追跡法的可視化二維光柵光波導(dǎo)設(shè)計(jì)研究”
第一作者：葉川東
作者：宋強(qiáng)，覃嘉佳，張善文，王津，劉祥彪，周常河
增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）近眼顯示技術(shù)中，衍射光波導(dǎo)因輕薄、大視場(chǎng)角等優(yōu)勢(shì)成為核心組件，但核心仿真工具長(zhǎng)期被國(guó)外壟斷，制約國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。近日，國(guó)內(nèi)研究團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)首套基于混合光線波前追跡法的可視化光波導(dǎo)仿真模塊
干涉條紋研究5個(gè)月前
利用VirtualLab Fusion中非序列場(chǎng)追跡技術(shù)，可以輕松地設(shè)置和分析光學(xué)干涉儀。在這里提出兩個(gè)經(jīng)典的基于邁克爾遜干涉儀的例子：一個(gè)高質(zhì)量相干激光光源，另一個(gè)寬帶白光光源。
模擬使用氙氣燈作為光源的邁克爾遜干涉儀，充分考慮了光源的光譜特性（有限的相干長(zhǎng)度）。
1. 摘要
VirtualLab Fusion包括一系列建模方法便于用戶可以地調(diào)整光學(xué)仿真的精度級(jí)別和時(shí)間。不僅如此，這種功能還有助于隔離物理原因產(chǎn)生的不同影響。在本示例中，我們提出了一個(gè)清晰的工作流程配置一個(gè)仿真，以便在物理光學(xué)模擬中考慮或忽略衍射效應(yīng)。
2. 建模任務(wù)
如何在FieldTracing 2nd Generation 引擎中控制衍射的包含
VirtualLab Fusion中的非序列場(chǎng)追跡技術(shù)可以對(duì)不同類型的標(biāo)準(zhǔn)具進(jìn)行精確建模，其中包括平面或曲面和涂層。作為典型應(yīng)用，我們展示了以標(biāo)準(zhǔn)具為關(guān)鍵部件檢測(cè)鈉D線的光學(xué)設(shè)置。
利用非序列場(chǎng)追跡技術(shù)，充分考慮了標(biāo)準(zhǔn)具中多次反射引起的相干現(xiàn)象，并研究了涂層反射率對(duì)條紋對(duì)比度的影響。
