光學元件制造的案例
您是否精通光學制造語言？——簡化光學元件制造流程
"人工智能技術正在對光學元件的制造優化流程進行深度革新，例如俄羅斯ITMO大學1和加拿大拉瓦爾大學2目前所做的研究。
"我們應盡可能地使用“制造鏈調制”這一技術，這樣就不會把時間浪費在可以由軟件完成的人際交流上，"費恩勒強調，"這樣就可以將更多的資源用于技術創新與高風險技術探索當中。"
2. “制造鏈調制”的技術勢能
"通過光學制造鏈調制技術，可在光學設計階段就對透鏡進行可制造性驗證，精準預測量產成本并確定關鍵制造路徑。由費恩勒聯合創立的PanDao軟件，正致力于實現從圖紙到成品的制造鏈智能仿真。"
以制造一款用于成像的75mm直徑礦物玻璃非球面彎月透鏡（背面為球面）為例，PanDao軟件測算顯示，在10,000片批量生產條件下，單件成本為69歐元（圖1）。系統推薦采用磁流變拋光技術加工非球面側，使用數控拋光處理球面側。
圖1.75mm直徑非球面彎月透鏡的制造鏈調制流程示意圖（圖片來源：M.Tinner/ PanDao）
費恩勒堅信PanDao等軟件具備與光學設計軟件進行深度互聯的技術潛力。然而，要實現全制造鏈調制的規模化效益仍需攻克多重挑戰。費恩勒表示，目前商業生產鏈的排序和工作量規劃也在進行構建中。
"下一階段將聚焦于調制工藝系統的復雜度與自動化程度。費恩勒指出：“如果下一階段可以實現，那么就能夠在整個光學系統生成鏈中都使用人工智能來進行輔助設計和規劃：從光學設計到制造，最終應用于生產。”
參考文獻：
1. Livshits I.L., Glebovskyi A.S., Protsuto M.V., Volkova S.L.
展開 您是否精通光學制造語言？——簡化光學元件制造流程
"人工智能技術正在對光學元件的制造優化流程進行深度革新，例如俄羅斯ITMO大學1和加拿大拉瓦爾大學2目前所做的研究。
"我們應盡可能地使用“制造鏈調制”這一技術，這樣就不會把時間浪費在可以由軟件完成的人際交流上，"費恩勒強調，"這樣就可以將更多的資源用于技術創新與高風險技術探索當中。"
2. “制造鏈調制”的技術勢能
"通過光學制造鏈調制技術，可在光學設計階段就對透鏡進行可制造性驗證，精準預測量產成本并確定關鍵制造路徑。由費恩勒聯合創立的PanDao軟件，正致力于實現從圖紙到成品的制造鏈智能仿真。"
以制造一款用于成像的75mm直徑礦物玻璃非球面彎月透鏡（背面為球面）為例，PanDao軟件測算顯示，在10,000片批量生產條件下，單件成本為69歐元（圖1）。系統推薦采用磁流變拋光技術加工非球面側，使用數控拋光處理球面側。
圖1.75mm直徑非球面彎月透鏡的制造鏈調制流程示意圖（圖片來源：M.Tinner/ PanDao）
費恩勒堅信PanDao等軟件具備與光學設計軟件進行深度互聯的技術潛力。然而，要實現全制造鏈調制的規模化效益仍需攻克多重挑戰。費恩勒表示，目前商業生產鏈的排序和工作量規劃也在進行構建中。
"下一階段將聚焦于調制工藝系統的復雜度與自動化程度。費恩勒指出：“如果下一階段可以實現，那么就能夠在整個光學系統生成鏈中都使用人工智能來進行輔助設計和規劃：從光學設計到制造，最終應用于生產。”
參考文獻：
1. Livshits I.L., Glebovskyi A.S., Protsuto M.V., Volkova S.L.
展開 光學設計中的制造風險管理
Petersburg, Russia
O·費恩勒1與I·利夫希茨2
1瑞士布克斯應用科學大學,
2圣彼得堡國立信息技術、機械與光學研究大學，俄羅斯圣彼得堡
摘要：本文系統闡述為特定光學元件確定最佳光學制造技術（OFT）組合的策略，并將應用到光學制造鏈的構建中。為此，研究團對光學系統進行了分類，并將其與光學加工技術的關鍵特性聯系起來——這些關鍵特性是通過對其加工參數進行系統分析確定的。
1.簡介
在光學制造技術中，可預測且穩定的制造工藝對成本與質量進行可靠管理至關重要。本文闡述了針對特定光學元件與系統，如何來確定光學制造鏈中應采用的最佳光學制造技術（OFT）組合的策略。
2.光學系統的產生和分類
人類一直將光作為一種工具，用于解決日常生活中的一些挑戰，如探測、照明與信息傳輸。而要將光作為工具應用，則需依賴光學系統。因此，光學系統（例如物鏡、干涉儀、光學鼠標、內窺鏡、望遠鏡或激光器等）正是如今我們用以滿足核心需求的“光學工具”典范。在光學系統的生成過程中（即由多種光學元件經合理裝配并協同運作構成的系統），需依次涉及三個核心環節：首先是“光學系統設計”，其次是“光學制造設計”，最后是實際“制造”（見表1）。
表1.光學系統的生成過程
“光學設計師”的職責在于將客戶需求轉化為一個公差設計良好的光學系統方案，該系統需包含各類光學元件（如透鏡、反射鏡、分光鏡等），并確保這些元件能按需調制透射光的特性。
隨后，由“光學制造設計師”將已完成的光學系統設計規格及所采用光學元件的公差要求，轉化為最佳的制造流程鏈。這一流程鏈由一系列后續制造步驟組成，需綜合考慮現有設備與技術條件，確保在最低制造成本下實現最佳性能。此外，還需綜合考慮系統的穩定性、耐久性，以及制造商、終端用戶和環境的安全性。
展開 光學設計中的制造風險管理
Petersburg, Russia
O·費恩勒1與I·利夫希茨2
1瑞士布克斯應用科學大學,
2圣彼得堡國立信息技術、機械與光學研究大學，俄羅斯圣彼得堡
摘要：本文系統闡述為特定光學元件確定最佳光學制造技術（OFT）組合的策略，并將應用到光學制造鏈的構建中。為此，研究團對光學系統進行了分類，并將其與光學加工技術的關鍵特性聯系起來——這些關鍵特性是通過對其加工參數進行系統分析確定的。
1.簡介
在光學制造技術中，可預測且穩定的制造工藝對成本與質量進行可靠管理至關重要。本文闡述了針對特定光學元件與系統，如何來確定光學制造鏈中應采用的最佳光學制造技術（OFT）組合的策略。
2.光學系統的產生和分類
人類一直將光作為一種工具，用于解決日常生活中的一些挑戰，如探測、照明與信息傳輸。而要將光作為工具應用，則需依賴光學系統。因此，光學系統（例如物鏡、干涉儀、光學鼠標、內窺鏡、望遠鏡或激光器等）正是如今我們用以滿足核心需求的“光學工具”典范。在光學系統的生成過程中（即由多種光學元件經合理裝配并協同運作構成的系統），需依次涉及三個核心環節：首先是“光學系統設計”，其次是“光學制造設計”，最后是實際“制造”（見表1）。
表1.光學系統的生成過程
“光學設計師”的職責在于將客戶需求轉化為一個公差設計良好的光學系統方案，該系統需包含各類光學元件（如透鏡、反射鏡、分光鏡等），并確保這些元件能按需調制透射光的特性。
隨后，由“光學制造設計師”將已完成的光學系統設計規格及所采用光學元件的公差要求，轉化為最佳的制造流程鏈。這一流程鏈由一系列后續制造步驟組成，需綜合考慮現有設備與技術條件，確保在最低制造成本下實現最佳性能。此外，還需綜合考慮系統的穩定性、耐久性，以及制造商、終端用戶和環境的安全性。
展開 
采用流體成形法制造自由曲面光學元件
自由曲面光學元件可以實現傳統光學元件無法實現的功能。然而，它們的加工與拋光需要復雜專業的加工設備，制造自由曲面光學元件的過程困難且價格昂貴。
以色列理工學院（Israel Institute of Technology）的研究人員開發了一種通過塑造大量可固化液體聚合物來制造自由形狀光學元件的方法，從而實現具有高表面質量的自由形狀部件的快速成型。
該方法是基于控制可固化光學液體和浸沒液體之間界面的最小能量狀態，通過指定一個幾何邊界約束，并提供了一個給定邊界的解析解，來制造亞納米表面粗糙度的自由曲面組件。
這項工作會使定制光學元件的樣品制作速度更快，適用于各種應用，包括矯正鏡片、增強現實和虛擬現實、自動駕駛汽車、醫療成像和天文學。
研究團隊負責人Moran Bercovici表示，該方法可以實現非常光滑的表面，并且不需要使用復雜的制造設備，制造過程也相對容易，我們可以在幾分鐘內制造出亞納米表面粗糙度的自由形狀部件。而且，與3D打印等其他原型制作方法不同的是，即使制造組件的體積增加，制造時間仍然很短。
具有亞納米表面粗糙度的自由曲面光學元件可以在幾分鐘內通過液體體積成型
研究人員Omer Luria說，目前，光學工程師要為特殊設計的自由形狀元件支付數萬美元，還要等上幾個月才能拿到，我們的技術將從根本上減少復雜光學原型的等待時間和成本，這將大大促進新型光學設計的發展。
研究團隊開始進行這項研究的初衷是開發一種方法來制造矯正眼鏡的鏡片。研究人員Valeri Frumkin說：“我們開始尋找一種簡單的方法來制造高質量的光學組件，不依賴機械加工或復雜昂貴的制造設備。后來，我們發現，可以擴展我們的方法來產生更復雜和有趣的光學表面形狀。”
展開 如何在PanDao軟件中輸入透鏡參數？
若要在PanDao官網上進行光學元件制造鏈優化分析，就需在指定界面輸入元件的關鍵參數值及公差范圍。
在PanDao中輸入透鏡參數的五種方法如下：
a) 導入由光學設計軟件保存的透鏡數據
b) 導入PanDao軟件生成的透鏡數據文件（通過“Download lens to file”功能保存）
c) 導入PanDao軟件報告文件，由PanDao生成的PDF文檔（通過“Download report pdf”功能生成）
d) 載入系統預設的標準模板透鏡，并根據需求修改其參數值及公差范圍
e) 直接手動輸入光學元件的參數值及公差范圍
完成上述操作后，點擊“ask PanDao“即可啟動系統，獲取兼顧最低成本與制造風險的最優光學元件制造鏈方案。
展開 如何在PanDao中選擇或排除需納入考量的光學制造技術（OFTs）？
在PanDao的“Cockpit”模塊中，可以基于“適用性”與“技術成熟度等級”這兩項標準來篩選光學制造技術特性：
a) 適用性（Applicability）：在輸入界面的“Cockpit”模塊中，必須至少勾選以下三個選項中的一項：
①“工業量產”（In industry）
②“原型試制”（Prototyping）
③“研究開發”（Research）
b) 技術成熟度等級（Level-of-Maturity）：在輸入界面的“Cockpit”模塊中，必須至少勾選以下兩個選項中的一項：
①“成熟技術”（established）
②“新興技術”（emerging technologies）
在獲得某光學元件的最優制造鏈信息后，可省略其中一項或多項已列出的OFTs，并通過發起新的PanDao請求，構建排除選定技術后的最佳可行制造鏈。
操作時，請將輸出結果中的OFT名稱復制并粘貼至Cockpit中的“exclude OFTTs””字段當中：
展開 衍射光學元件設計
衍射元件在不斷發展的圖案生成領域扮演著重要的角色，其設計需要特定的技術，而這些技術與其他類型的元件所采用的技術大不相同。
在VirtualLab中可以找到用于衍射元件設計和優化的特定技術(如迭代傅里葉變換算法或IFTA)，可通過一個會話編輯器來完成，引導用戶在不太了解該方法的條件下完成設計過程。過程中包含了對設計約束的自動檢查。
用于生成2D光標的衍射光束分束器設計
VirtualLab中的迭代傅里葉變換算法（IFTA）可以高效和靈活地設計定制化光束分束器。
生成LightTrans圖標的衍射擴散器設計
設計了兩個具有連續或離散相位分布的衍射擴散器，以生成LightTrans商標。并對其性能進行了研究。
展開 GLAD中二元光學元件建模
二元光學的優點——高衍射效率；獨特的色散性能；更多的設計自由度；寬廣的材料選擇；獨特的光學功能。
通常激光光強分布呈高斯型，而在許多實際應用中，需要將光強分布加以轉換，即光束整形，如呈平頂狀和環狀等。以往人們多用計算全息法實現環形分布，但衍射效率低，難于推廣。近年來人們開始研究二元光學元件(BOE)在光束整形方面的作用。二元光學元件是在計算機制全息圖和相息圖研究發展的基礎上，利用計算機設計和微電子加工技術研制成的一種高效率的新型光學元件。由于它能靈活控制波前，因此在光束整形方面有著廣泛的應用前景。
前言
binary/surface 命令能夠將任意分布的光場轉化為二元光學器件的面形。
這些命令執行的是產生二元光學的光柵和透鏡，其二元光學表面可以由binary/surface 命令產生，并直接或者間接依靠 int2phase、int2waves、sfocus起著相位屏的作用。二元光學表面可以圖示為plot的強度項。
binary/surface kbeam level nlevels
binary/lens/residual ibeams rindex xrad yrad level nlevels
binary/lens/phasescreen ibeams rindex xrad yrad level nlevels
int2phase/two kbeam1 kbeam2 [2.
展開 自由曲面光學元件的OAM測量
遵循M.P.J.Lavery等人的概念，我們演示了如何在VirtualLab Fusion中使用兩個自定義的自由曲面光學元件來測量OAM。
用自由曲面光學元件測量軌道角動量
我們建立了一個由兩個自由曲面光學元件組成的光學裝置，將軌道角動量轉換為線性角動量，已進行測量。
編程一個變形表面
利用VirtualLab Fusion中的可編程界面，對變形表面進行了編程，給出了表面梯度的解析表達式。
For more information send a message to: support@infotek.com.cn / support@infocrops.comInternet: http://www.infotek.com.cn / http://www.honglun-seminary.com
展開 GLAD中二元光學元件建模
近年來人們開始研究二元光學元件(BOE)在光束整形方面的作用。二元光學元件是在計算機制全息圖和相息圖研究發展的基礎上，利用計算機設計和微電子加工技術研制成的一種高效率的新型光學元件。由于它能靈活控制波前，因此在光束整形方面有著廣泛的應用前景。
二元光學的優點——高衍射效率；獨特的色散性能；更多的設計自由度；寬廣的材料選擇；獨特的光學功能。
圖1表面進行劃分從而形成一個二元光學元件
二元光學器件分為主階次和帶有幾個次階次的連續界面。在二元光學中，每個主階次上的次階次數目通常設置為2、4、8等。GLAD中產生二元光學元件命令如下所示：
binary/lens/surface kbeam xrad yrad level nlevels
int2phase/two kbeam1 kbeam2 [2.*pi*(rindex-1)/lambda]
binary/lens/phasescreen ibeams rindex xrad yrad level nlevels
binary/lens/residual ibeams rindex xrad yrad level nlevels
binary/surface kbeam level nlevels
這些命令執行的是產生二元光學的光柵和透鏡，其二元光學表面可以由binary/surface 命令產生，并直接或者間接依靠 int2phase、int2waves、sfocus起著相位屏的作用。二元光學表面可以圖示為plot的強度項。
binary/surface 命令能夠將任意分布的光場轉化為二元光學器件的面形。
展開 
用于一般光學系統的光柵元件
摘要
光柵是光學中最常用的衍射元件之一。如今，它們經常被用于復雜的系統中，并與其他元件一起工作。在這種情況下，非常需要將光柵不僅僅是作為孤立的元件來模擬，而是與系統的其余部分結合，以評估整個系統性能。VirtualLab Fusion提供了一個獨特的光柵元件，允許在光路中輕松地包含各種不同形狀的光柵，無論是一維周期光柵(層狀)，二維周期光柵，或體(布拉格)光柵。本用例介紹了該元件的功能，包括光柵級次的設置和堆棧的定位。
系統內光柵建模
? 在一般光路中，光柵元件可以插入到系統的任何位置。
? 這使得在一個復雜的系統中對光柵進行建模，并因此評估整個系統的性能成為可能，同時考慮光柵的可能影響。
? 光柵元件可以通過元件 > 單個表面&堆棧 > 光柵找到。
附著光柵堆棧
? 為了描述系統內的光柵，光柵堆棧總是附著在一個虛擬參考面上(僅平面)。
? 元件的大小僅用于在3D光線追跡視圖中顯示；仿真中不考慮孔徑效應。
? 參考面可以在三維系統視圖中可視化，以幫助排列光柵。
? 所應用的光柵結構可以是一維周期(層狀)，也可以是二維周期(交叉光柵)。
堆棧的方向
堆棧的方向可以用兩種方式指定：
它既可以應用在表面的正面，也可以應用在背面(在固體標簽中定義)。
請注意，如果堆棧位于正面，堆棧將繞Z軸旋轉180°。這會影響堆棧的內部坐標系，需要在定義高度輪廓時加以考慮。
基底的處理、菲涅耳損耗和衍射角
? 作為一種慣例，往往忽略基底的影響，例如衍射效率的計算。
展開 用于一般光學系統的光柵元件
摘要
光柵是光學中最常用的衍射元件之一。如今，它們經常被用于復雜的系統中，并與其他元件一起工作。在這種情況下，非常需要將光柵不僅僅是作為孤立的元件來模擬，而是與系統的其余部分結合，以評估整個系統性能。VirtualLab Fusion提供了一個獨特的光柵元件，允許在光路中輕松地包含各種不同形狀的光柵，無論是一維周期光柵(層狀)，二維周期光柵，或體(布拉格)光柵。本用例介紹了該元件的功能，包括光柵級次的設置和堆棧的定位。
系統內光柵建模
? 在一般光路中，光柵元件可以插入到系統的任何位置。
? 這使得在一個復雜的系統中對光柵進行建模，并因此評估整個系統的性能成為可能，同時考慮光柵的可能影響。
? 光柵元件可以通過元件 > 單個表面&堆棧 > 光柵找到。
附著光柵堆棧
? 為了描述系統內的光柵，光柵堆棧總是附著在一個虛擬參考面上(僅平面)。
? 元件的大小僅用于在3D光線追跡視圖中顯示；仿真中不考慮孔徑效應。
? 參考面可以在三維系統視圖中可視化，以幫助排列光柵。
? 所應用的光柵結構可以是一維周期(層狀)，也可以是二維周期(交叉光柵)。 堆棧的方向
堆棧的方向可以用兩種方式指定：
它既可以應用在表面的正面，也可以應用在背面(在固體標簽中定義)。
請注意，如果堆棧位于正面，堆棧將繞Z軸旋轉180°。這會影響堆棧的內部坐標系，需要在定義高度輪廓時加以考慮。 基底的處理、菲涅耳損耗和衍射角
? 作為一種慣例，往往忽略基底的影響，例如衍射效率的計算。
? 然而，任何實際的光柵結構必須建立在基底上，因此，我們使用一個平面元件和中間的自由空間延伸對其進行建模。
? 平面的建模包括菲涅耳效應(S矩陣求解器)。
高級選項和信息
? 在求解器菜單中有幾個高級選項可用。
展開 [NEWSLETTER] 自由曲面光學元件的OAM測量
遵循M.P.J.Lavery等人的概念，我們演示了如何在VirtualLab Fusion中使用兩個自定義的自由曲面光學元件來測量OAM。
用自由曲面光學元件測量軌道角動量
我們建立了一個由兩個自由曲面光學元件組成的光學裝置，將軌道角動量轉換為線性角動量，已進行測量。
編程一個變形表面
利用VirtualLab Fusion中的可編程界面，對變形表面進行了編程，給出了表面梯度的解析表達式。
For more information send a message to: support@infotek.com.cn / support@infocrops.com
展開 GLAD中二元光學元件建模
近年來人們開始研究二元光學元件(BOE)在光束整形方面的作用。二元光學元件是在計算機制全息圖和相息圖研究發展的基礎上，利用計算機設計和微電子加工技術研制成的一種高效率的新型光學元件。由于它能靈活控制波前，因此在光束整形方面有著廣泛的應用前景。
二元光學的優點——高衍射效率；獨特的色散性能；更多的設計自由度；寬廣的材料選擇；獨特的光學功能。
圖1表面進行劃分從而形成一個二元光學元件
二元光學器件分為主階次和帶有幾個次階次的連續界面。在二元光學中，每個主階次上的次階次數目通常設置為2、4、8等。GLAD中產生二元光學元件命令如下所示：
binary/lens/surface kbeam xrad yrad level nlevels
int2phase/two kbeam1 kbeam2 [2.*pi*(rindex-1)/lambda]
binary/lens/phasescreen ibeams rindex xrad yrad level nlevels
binary/lens/residual ibeams rindex xrad yrad level nlevels
binary/surface kbeam level nlevels
這些命令執行的是產生二元光學的光柵和透鏡，其二元光學表面可以由binary/surface 命令產生，并直接或者間接依靠 int2phase、int2waves、sfocus起著相位屏的作用。二元光學表面可以圖示為plot的強度項。
binary/surface 命令能夠將任意分布的光場轉化為二元光學器件的面形。
二元光柵表面計算：
這里舉一個二元光柵的例子，它是由二元表面組成，然后對其執行“sfocus”命令。
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