干涉仿真的案例
案例分享 | 利用螺旋槳MSC Cradle和無限葉片數螺旋槳理論進行方向舵干涉時的性能仿真研究
Conference book of the Japan Society of Naval Architects and Ocean Engineers. 21st issue: p555-558
無限葉片數螺旋槳理論
螺旋槳/ 方向舵干涉仿真
仿真結果與實測結果的比較
小結
MSC Cradle里配置了無限葉片數螺旋槳理論功能后，使得螺旋槳和方向舵干涉狀態的計算成本大幅降低，而且仿真結果與實驗結果高度一致。MSC Cradle還可以考慮船體的干涉，是推進性能預測的工具。
基于ASAP的散射光雙光束干涉仿真
基于ASAP的散射光雙光束干涉仿真
光的干涉是物理光學中最重要的現象之一。本文分析了MIT實驗視頻中的光學原理，提煉了其物理模型。視頻利用邁克爾遜干涉儀進行分振幅產生兩相干光，在接收屏上觀察到等傾圓紋。本文記錄了利用強大的光學設計軟件ASAP對該物理模型進行仿真的過程。
光學原理: 邁克耳孫干涉儀是應用光的干涉原理，測量長度或長度變化的精密的光學儀器，其光路圖如圖。
運行ASAP模擬結果：
ASAP 已持續在光學領域中發展，由代碼來指示光線如何與系統對象交互作用，來模擬其物理現象。仿真和分析的結果非常明了，能夠比現有其它軟件處理更多的光學系統仿真。 ASAP 在工業界廣泛應用于航天工程、生物光學產業、顯示器、反射器、光學測量科技、光通訊產業、照明系統、光導管系統等。
因此，對于光電專業的學生來說，用好 ASAP 不僅能讓我們在未來的課程設計中受益，更深層次的講，當我們畢業走進上述的工作崗位后，這種渴望探索的求知精神無疑是一筆隱形財富。于是抱著這樣的態度去做工程，這就成為我們學習和發展的優勢，比如當我們設計一個光學系統后想要模擬產品效果是否達到要求， 我們便可以利用 ASAP 強大的功能做出仿真， 發現其存在的問題，結合所學解決優化，以達到完善產品的目的。而每完成這樣的一次任務也就完成了一次自我升華，是對知識的沉淀，對經驗的累積，對視野的拓展。
展開 Ansys Lumerical | 針對多模干涉耦合器的仿真設計與優化
說明
本示例演示通過1×2端口多模干涉(MMI)耦合器計算寬帶傳輸和光損耗，并使用S參數在 INTERCONNECT 中創建 MMI 的緊湊模型。(聯系我們獲取文章附件)
綜述
低損耗光耦合器和光分路器是基于 Mach-Zehnder 的光調制器的基本組件，是集成電路的關鍵組成部分。通過在輸入和輸出波導處使用 taper 以確保輸入和輸出波導的模式與干涉區域之間的良好匹配，可以將損耗降至最低。EME 求解器非常適合表征這些器件，本例中的器件針對TE模式進行了優化，但該方法可以擴展到任何設計和極化。
運行和結果
第1步：優化 MMI 幾何結構
使用EME運行一系列參數掃描以優化 MMI 性能。
· 模式收斂掃描
確保每個單元格中的模式數量足以給出準確的結果，模式收斂掃描是確保仿真結果可靠的重要部分，應作為 EME 仿真文件初始設置的一部分來完成。下圖顯示輸出端口的傳輸結果收斂于約15種模式，稍大的值用于確保模式數量足以滿足本示例中使用的其他掃描（如波長、纖芯長度和錐形寬度）。右圖為從 field_profile 監視器獲得的電場強度。
· 波長掃描
EME 是一種單頻求解器，參數掃描是獲得寬頻結果所必需的。將波長掃描設置為1.5~1.6 μm，具有100個波長點，按波長掃描。波長掃描選項卡返回S矩陣，然后可以根據S矩陣的S21元素計算從端口1通過端口2的基本TE模式傳輸。下圖顯示了使用EME分析窗口中的波長掃描功能獲得的1.1 μm taper 寬度的 MMI 傳輸與波長的函數關系 。
· 纖芯長度掃描
確定纖芯的最佳長度。涉及改變區域長度的掃描非常適合EME求解器，因為幾乎可以立即獲得結果，下圖顯示了作為纖芯長度函數的傳輸。
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說明
本示例演示通過1×2端口多模干涉(MMI)耦合器計算寬帶傳輸和光損耗，并使用S參數在 INTERCONNECT 中創建 MMI 的緊湊模型。
綜述
低損耗光耦合器和光分路器是基于 Mach-Zehnder 的光調制器的基本組件，是集成電路的關鍵組成部分。通過在輸入和輸出波導處使用 taper 以確保輸入和輸出波導的模式與干涉區域之間的良好匹配，可以將損耗降至最低。EME 求解器非常適合表征這些器件，本例中的器件針對TE模式進行了優化，但該方法可以擴展到任何設計和極化。
運行和結果
第1步：優化 MMI 幾何結構
使用EME運行一系列參數掃描以優化 MMI 性能。
模式收斂掃描
確保每個單元格中的模式數量足以給出準確的結果，模式收斂掃描是確保仿真結果可靠的重要部分，應作為 EME 仿真文件初始設置的一部分來完成。下圖顯示輸出端口的傳輸結果收斂于約15種模式，稍大的值用于確保模式數量足以滿足本示例中使用的其他掃描（如波長、纖芯長度和錐形寬度）。右圖為從 field_profile 監視器獲得的電場強度。
波長掃描
EME 是一種單頻求解器，參數掃描是獲得寬頻結果所必需的。將波長掃描設置為1.5~1.6 μm，具有100個波長點，按波長掃描。波長掃描選項卡返回S矩陣，然后可以根據S矩陣的S21元素計算從端口1通過端口2的基本TE模式傳輸。下圖顯示了使用EME分析窗口中的波長掃描功能獲得的1.1 μm taper 寬度的 MMI 傳輸與波長的函數關系 。
纖芯長度掃描
確定纖芯的最佳長度。涉及改變區域長度的掃描非常適合EME求解器，因為幾乎可以立即獲得結果，下圖顯示了作為纖芯長度函數的傳輸。
展開 
干涉檢測中條紋仿真失真？OAS光學軟件案例精準解困
馬赫曾德干涉儀-Z案例分析
簡介
馬赫曾德干涉儀作為經典的分波前干涉裝置，廣泛應用于光學檢測、精密測量、光通信等領域，其核心功能是通過光束分束、反射、合束產生干涉條紋，實現對介質折射率、光路相位差、物體微小形變等物理量的精準測量。OAS 光學軟件憑借強大的光束追跡能力、高精度仿真引擎及可視化功能，可高效完成馬赫曾德干涉儀的光路建模、參數優化與干涉效果模擬，為相關領域的研發設計提供可靠的仿真工具。
案例設置與操作
模型構建
采用 50/50 透反比組件，將入射光束分為兩束振幅相等的透射光與反射光；配置兩片高反射率反射鏡，分別引導兩束光沿不同光路傳播，通過調整反射鏡角度控制光程差；在合束光傳播路徑末端設置探測平面，定義平面尺寸、像素分辨率，確保干涉條紋細節清晰捕捉。
參數設置
基于 OAS 軟件的柔性光源建模模塊，選擇高斯光束類型，嚴格輸入核心參數：束腰半徑 250μm、中心波長 0.6328μm，同時設置光束發散角、偏振方向等輔助參數，確保光源模型與實際物理光源高度一致。OAS 支持多類型光源自定義，可通過參數化輸入快速匹配不同應用場景的光源需求。
性能優化
利用 OAS 軟件的光線追跡算法，設置高精度模式追跡，啟用相位追跡功能，同時配置光線采樣數量與傳播步長，平衡仿真效率與結果精度。
馬赫曾德干涉儀-Z的三維追跡圖
馬赫曾德干涉儀-Z的探測器結果圖
總結
本項目通過 OAS 光學軟件的精準建模、仿真分析與優化功能，成功解決了馬赫曾德干涉儀-Z設計難題，OAS 光學軟件可為光學干涉儀、激光器、光通信模塊等各類光學系統提供一站式仿真解決方案，助力科研機構與企業提升研發效率、降低實驗成本。
展開 多模干涉解復用器和分路器數值仿真 ￥500
<p>本案例基于COMSOL軟件的射頻電磁波模塊建立了多模干涉的解復用器和分路器模型，進行了邊界模式分析，并仿真得到不同頻域下的磁場分布結果，如圖2和圖3所示。</p><p><img src="https://img.jishulink.com/202205/imgs/f3109e47688f4ff6b529db5bde50aaed.gif" alt="Untitled2.gif"></p><p class="ql-align-center"><strong>圖2 磁場數值仿真結果</strong></p><p><img src="https://img.jishulink.com/202205/imgs/377c8f9048334939a305d6557f5acb12.gif" alt="Untitled3.gif"></p><p class="ql-align-center"><strong>圖3 電場模數值仿真結果</strong></p><p>感興趣的朋友，可以下載模型源文件，歡迎交流合作</p>
展開 OAS 軟件剪切干涉仿真來解決
剪切干涉的三維追跡圖
剪切干涉的探測器結果圖
總結
OAS 光學軟件通過精準的物理建模與高效的數值計算，成功復現了剪切干涉的完整物理過程，其仿真結果與理論分析高度吻合，驗證了軟件在干涉光學系統設計中的可靠性。該案例展示了數字化仿真技術在光學檢測領域的應用潛力，為相關技術研發提供了從概念設計到性能優化的全流程解決方案。
VirtualLab運用：光學測量系統的分析與公差
VirtualLab Fusion 軟件可以對光學測量系統進行仿真，如干涉儀、光譜儀以及表面測量器件。
很多光學測量原理都是基于光的波動特性。典型的器件有：
?干涉儀
?光譜儀&單色儀
?表面計量系統
VirtualLab Fusion 軟件可以對這些測量系統進行仿真及公差分析。許多設置都是以衍射效應、干涉效應以及時間和空間相干性為特點。VirtualLab的場追跡引擎進行快速精確的測量系統建模的同時考慮了這些物理光學效應。
VirtualLab Fusion軟件的特性：
?基于物理光學的計量系統仿真
?包含部分相干和衍射效應
?尤其對傾斜和偏移的公差分析
?真彩色獲取
?便于使用的位置概念
?干涉條紋的計算
?測繪掃描系統的仿真
?全譜段高分辨率分析
用于表面拓撲測量的白光邁克爾遜干涉儀的仿真。整個系統中部分相干的白光可以利用VirtualLab Fusion仿真。
試用軟件和應用示例：
如果對更多信息感興趣，請通過 support@lighttrans.com 或通過VirtualLab Fusion試用版結合我們提供的應用示例開展你的實驗工作：
?MSY.0001: 使用相干光的馬赫澤德干涉儀仿真。(download)
?MSY.0002: 白光邁克爾遜干涉儀的仿真。(download)
?MSY.0003: Czerny-Turner單色儀和光譜儀。
展開 干涉條紋分析缺可靠工具？OAS 軟件馬赫曾德案例解難題
馬赫曾德干涉儀-Y案例分析
簡介
馬赫曾德干涉儀作為經典分振幅干涉裝置，在光學測量、流體力學流場診斷、光學元件質量檢測等領域具有不可替代的作用。借助 OAS 光學軟件對該干涉儀進行仿真，可突破物理實驗中環境干擾、設備調試復雜等限制，實現干涉過程的可視化模擬與精準分析，為相關領域的實驗設計、參數優化及理論驗證提供高效支撐。
案例設置與操作
光源參數設置
在 OAS 軟件的光源設置模塊中，本次案例選用高斯光束光源，其核心參數配置如下：束腰半徑設定為 250mm，滿足大口徑干涉實驗對光束覆蓋范圍的需求；波長選取 0.6328μm（氦氖激光典型波長），該波長在可見光范圍內，兼具良好的相干性與易觀測性，可有效減少環境雜散光對干涉效果的干擾。軟件支持對光源相位、偏振態等附加參數的自定義調節，本次案例采用默認偏振態以聚焦核心干涉現象。
光束追跡序列配置
為確保光束按馬赫曾德干涉儀的光路路徑傳播并最終匯聚于探測平面，在 OAS 軟件的光束追跡模塊中完成以下關鍵設置：首先，依據干涉儀結構添加分束器、反射鏡等光學元件，并精準定義各元件的位置坐標與角度參數，保證光束能夠實現穩定的分束與合束。
其次，設置光束的傳播步長與追跡精度，平衡仿真效率與結果準確性；最后，指定探測平面的位置（定義為 “探測平面 Y”），并配置探測平面的采樣點數與數據記錄格式，確保能夠完整捕捉干涉條紋的細節信息。具體的元件參數與追跡參數可通過打開案例文件進行查看與調整。
干涉條紋觀測與結果分析
完成光源與光束追跡設置后，啟動 OAS 軟件的光路仿真功能，軟件將自動按照預設參數進行光束追跡與干涉計算。仿真結束后，在軟件的 “探測器窗口” 中可直接查看生成的干涉條紋圖像。
展開 干涉條紋精準度不足？OAS 軟件案例來解困
邁克爾遜等厚干涉案例分析
簡介
邁克爾遜干涉是光學領域經典的干涉現象，其等厚干涉表現形式在精密測量、光學元件質量檢測、光波動性驗證等場景中具有不可替代的應用價值。傳統物理實驗受環境振動、元件精度等因素影響，難以精準呈現等厚干涉的理想特征及參數變化規律。OAS 光學仿真軟件憑借高效的幾何光追跡算法、靈活的參數調控功能及可視化結果輸出能力，成為突破實驗局限、精準模擬干涉現象的核心工具。本文基于 OAS 軟件構建邁克爾遜干涉系統，實現等厚干涉現象的仿真分析與規律驗證。
案例設置與操作
模型搭建
啟動 OAS 軟件后，按照邁克爾遜干涉儀的標準光路，依次添加單色點光源、半透半反分束器、平面反射鏡 M1、平面反射鏡 M2 及接收屏組件。通過軟件的元件對齊功能，確保各光學元件的中心軸線共面共軸，保障光路傳播的準確性。
參數設置
關閉理想透鏡追跡功能，避免額外光學元件對干涉光路的干擾；在反射鏡 M2 的參數設置界面，將其傾角精準調整至 89.999 度，使 M1' 與 M2 形成微小夾角，滿足等厚干涉的產生條件；設置光源波長為單色光，光追跡精度調整為高精度模式，確保干涉結果的計算準確性。
仿真過程
完成模型搭建與參數配置后，啟動全局光追跡運算。OAS 軟件將基于幾何光學原理，逐光線計算其經分束、反射、疊加后的傳播路徑及光程差分布，自動生成接收屏上的干涉條紋圖像及數據文件。
等厚干涉時的三維追跡圖
探測器上形成的直條紋
總結
本案例通過 OAS 軟件成功實現了邁克爾遜等厚干涉現象的精準仿真，為光學研究與實踐提供了多重價值。在教學場景中，可幫助學習者直觀理解干涉原理及參數影響規律，彌補傳統實驗的直觀性不足。
展開 使用相干光模擬馬赫澤德干涉儀
總結
馬赫澤德干涉儀的干涉圖樣的計算
4. 仿真
以光線追跡對干涉儀的仿真。
5. 計算
采用幾何場追跡+引擎以計算干涉圖樣。
6. 研究
不同計算誤差在干涉圖上的影響，如傾斜和偏移
利用VirtualLab軟件可對馬赫澤德干涉儀生成的干涉圖案進行研究分。
擴展閱讀
1. 擴展閱讀
以下文件給出了在VirtualLab中如何設置測量系統的更多細節。
? 開始視頻
- 光路圖介紹
- 參數運行介紹
- 參數優化介紹
? 其他測量系統示例：
- 邁克爾遜干涉儀(MSY.0002)
展開 
【VirtualLab運用】使用相干光模擬馬赫澤德干涉儀
5.總結
馬赫澤德干涉儀的干涉圖樣的計算
4.仿真
以光線追跡對干涉儀的仿真。
5.計算
采用幾何場追跡+引擎以計算干涉圖樣。
6.研究
不同計算誤差在干涉圖上的影響，如傾斜和偏移
利用VirtualLab軟件可對馬赫澤德干涉儀生成的干涉圖案進行研究分。
擴展閱讀
1.擴展閱讀
以下文件給出了在VirtualLab中如何設置測量系統的更多細節。
?開始視頻
-光路圖介紹
-參數運行介紹
-參數優化介紹
?其他測量系統示例：
-邁克爾遜干涉儀(MSY.0002)
展開 全場光學相干掃描干涉儀
摘要
掃描干涉儀是用于執行表面高度測量的技術。 通過利用白光光源的低相干性，僅當光程長度差在相干長度內時才會出現干涉圖樣。 因此，它可以實現精確的顯微鏡測量。在本案例中，氙氣燈和邁克爾遜干涉儀被構建并用于測量表面平滑變化的樣品。
建模任務
仿真干涉條紋
走進VirtualLab Fusion
VirtualLab Fusion中的工作流程
?設置輸入場
?基本光源模型[教程視頻]
?使用導入的數據自定義表面輪廓
?定義元件的位置和方向
? LPD II：位置和方向[教程視頻]
?正確設置通道以進行非序列追跡
?非序列追跡的通道設置[用例]
?使用參數運行檢查影響/變化
?參數運行文檔的使用[用例]
VirtualLab Fusion技術
文件信息
展開 全場光學相干掃描干涉儀
摘要
掃描干涉儀是用于執行表面高度測量的技術。 通過利用白光光源的低相干性，僅當光程長度差在相干長度內時才會出現干涉圖樣。 因此，它可以實現精確的顯微鏡測量。在本案例中，氙氣燈和邁克爾遜干涉儀被構建并用于測量表面平滑變化的樣品。
建模任務 仿真干涉條紋 走進VirtualLab Fusion VirtualLab Fusion中的工作流程 ?設置輸入場
?基本光源模型[教程視頻]
?使用導入的數據自定義表面輪廓
?定義元件的位置和方向
? LPD II：位置和方向[教程視頻]
?正確設置通道以進行非序列追跡
?非序列追跡的通道設置[用例]
?使用參數運行檢查影響/變化
?參數運行文檔的使用[用例]
VirtualLab Fusion技術 文件信息 更多閱覽
- Laser-Based Michelson Interferometer and Interference Fringe Exploration
- Mach-Zehnder Interferometer
- Fizeau Interferometer for Optical Testing
展開 VirtualLab Fusion：全場光學相干掃描干涉儀
摘要
掃描干涉儀是用于執行表面高度測量的技術。 通過利用白光光源的低相干性，僅當光程長度差在相干長度內時才會出現干涉圖樣。 因此，它可以實現精確的顯微鏡測量。在本案例中，氙氣燈和邁克爾遜干涉儀被構建并用于測量表面平滑變化的樣品。
建模任務
仿真干涉條紋
走進VirtualLab Fusion
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?使用導入的數據自定義表面輪廓
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?正確設置通道以進行非序列追跡
?非序列追跡的通道設置[用例]
?使用參數運行檢查影響/變化
?參數運行文檔的使用[用例]
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