光場分析的案例
[VirtualLab] 光柵內部光場分析器
摘要
組件內部光場分析器： FMM使用戶能夠研究微觀和納米結構內的電磁場分布。為此，通過應用傅里葉模態法/嚴格耦合波分析（FMM/RCWA）計算任意周期結構，包括透射和反射光柵、介電或金屬光柵。也可以指定領域的哪一部分應該可視化：正向模式，反向模式，或兩者結合。
尋找組件內部光場分析器： FMM
組件內部光場分析器： FMM是光柵光學設置的專用功能，它提供了光柵結構內部電磁場的可視化。
評估模式
評估區域
光柵類型
光柵表面的采樣
光柵表面的采樣
文件信息
更多閱讀
? Thin Element Approximation (TEA) vs. Fourier Modal Method (FMM) for Grating Modeling
? Configuration of Grating Structures by using special Media
? Analysis Blazed Grating Analysis by Fourier Modal Method
展開 JCMSuite應用：光場通過六方晶胞的近場分析
下圖顯示了當波長為193nm時，平面波從襯底側垂直入射到結構內的近場強度
S偏振光照明的場矢量
P偏振光照明的場矢量
后處理傅里葉變換計算透射衍射級次的振幅。
光 · 學堂 | VirtualLab Fusion干涉檢測技術|干涉原理分析及光學系統建模 2026/6/23-24（上海場）
對計量系統的分析不可避免地需要考慮物理光學效應(相干、偏振、干涉、行射等)，以產生現實、充分的結果。VirtualLab Fusion為這種分析提供了必要的工具，利用快速物理光學理論來促進快速仿真。
干涉系統被廣泛地應用于光學測量和光學檢測等領域。對這類系統工作原理的討論必須要結合物理光學的知識，如光的電磁場表示、光的波動性、光場的疊加等。顯微系統也是組成光學測量的一個重要組成部分，課程內容中也涵蓋了高NA系統，微觀與宏觀相結合的完整系統仿真如晶圓檢測系統，摩爾紋系統等。該課程無需軟件基礎。
課程大綱
1
VirtualLab Fusion軟件介紹
光之數字模型平臺原理介紹
電磁場的表達形式
VirtualLab Fusion用戶界面的基礎操作
2
基礎知識簡介
干涉發生的條件
楊氏雙縫干涉實驗特性
激光邁克爾遜干涉--非序列追跡和參數掃描功能介紹
3
干涉測量系統建模
利用FP腔研究鈉原子D線光譜
光學相干層析掃描系統
Inces - Gaussian光束產生渦旋陣列激光光束的觀測
利用剪切干涉法的準直測量
基于菲索干涉儀的面型檢測
Mirau干涉儀
基于零位檢測的CGH設計
4
微觀與宏觀結合的完整系統仿真
結構光照明的顯微鏡系統
用于微結構晶圓檢測的光學系統
摩爾紋的仿真
展開 [NEWSLETTER] 亞波長結構偏振光柵的深入分析
在本周的時事通訊中，我們對快速物理光學建模和設計軟件虛擬實驗室融合中的這種結構進行了詳細的分析，使用了文獻[J. W。Yoon等人。OE,23,28849-28856（2015）]作為參考。在這個例子中，我們不僅計算了由周期結構反射和傳輸的光的偏振相關效率，而且還可視化了電場如何在內部傳播，清楚地說明了納米線排列的極化行為：tm偏振部分幾乎不受影響，而te偏振部分幾乎完全反射。
這個分析是由VirtualLab Fusion的組件內光場分析儀： FMM。你也可以在下面的鏈接中找到詳細的指南。
超稀疏介質納米線柵偏振器
組件內部光場分析儀： FMM
演示了一種分析器，它允許計算通過光柵組件傳播的光場。為此目的，FMM是要采用不同形狀的周期結構。
利用傅里葉模態法（FMM，也稱為RCWA）分析了超稀疏介質納米線網格的偏振相關特性。
展開 
基于FDTD軟件模擬MMI結構光譜模擬分析
本期推文主要介紹使用Lumerical軟件中的FDTD模塊進行MMI結構的光譜及光場分析模擬。話不多說，開始啦：
首先是幾何建模部分
圖1
在這里我們以三維結構為例子構建光柵的一小部分區域，首先作出一個矩形波導作為結構的包層（襯底，如灰色圖示）設定波導的長度為4mm,如下圖所示。
類似地，作出光波導的新層和反射波導的結構，如下圖所示：
圖2
在這里補充說明的是幾何部分同時鏈接上了材料的屬性，分別為摻雜二氧化硅（纖芯）和純二氧化硅（包層）在這里不做過多贅述
在模擬過程中分別在光波導器件的起始端口和傳輸末尾端口放置一個監視器以監視結構的透射和反射光譜。
光源配置如下：
在光源配置中選擇系統自帶的基本模式進行入射，并且設定波長區間為1.1-1.3微米：
圖3
在監視器中我們選擇時間監視、光功率、電場監測并且分別命名為反射光譜和透射光譜。
結果展示：
透射光譜模擬
反射光譜模擬
電場傳輸
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320科技工作室
展開 3D懸浮圖樣成像失真？OAS軟件深度解析破難題
周期型懸浮圖樣案例分析
簡介
周期型懸浮圖樣基于集成成像技術實現，該技術作為自動立體與多視角三維成像方法的核心，通過二維微透鏡陣列捕獲并重現光場，最早由 Gabriel Lippmann 于 1908 年提出。目前，周期型懸浮圖樣廣泛應用于裸眼 3D 顯示、消費電子智能背板、車載 HUD 顯示等領域，可顯著提升視覺交互的逼真度與沉浸感。OAS 光學軟件憑借其高精度幾何光學建模、非序列光線追跡及光場分析能力，成為周期型懸浮圖樣設計與優化的專業工具。
案例設置與操作
參數設置
在 OAS 軟件中定義微透鏡陣列參數，設置單透鏡焦距為 200μm、陣列周期 50μm，透鏡面型為球面；字符陣列選用 “OAS” 圖案中的字母A，像素尺寸 10μm×10μm，陣列周期小于透鏡周期。
探測器設置
設置探測面與基板的垂直距離范圍為 5-15mm，采樣精度設為 1μm，以捕獲細微光場分布。
模型構建
在玻璃基板兩側分別生成微透鏡陣列與字符陣列：微透鏡陣列構建球面輪廓，字符陣列完成圖案化；調用OAS的表面散射功能設置微透鏡表面反射率。
光線追跡
選擇軟件非序列模式追跡，該模式可精準捕捉光在微透鏡折射、基板透射、字符陣列反射 / 透射的完整路徑，避免傳統序列追跡對光場重現的信息丟失；追跡次數設為 100 萬條光線，確保統計精度。
周期型懸浮圖樣
總結
本案例通過 OAS 軟件完成周期型懸浮圖樣的建模、追跡與分析。未來，OAS 可進一步拓展該技術在 AR 眼鏡顯示、智能座艙交互面板等領域的應用，為集成成像類產品的快速迭代提供專業光學仿真支撐。
展開 全息照相出現像質不佳？OAS波動光學仿真來助力
簡介
全息照相依托光的干涉與衍射原理，以物光與參考光干涉條紋記錄物體振幅、相位全光波信息，可真實還原三維立體影像與空間景深。核心光路包含激光光源、分束器、照明與參考光路及記錄介質，廣泛用于三維顯示、精密計量、無損檢測、光學防偽等領域。本案例基于 OAS 波動光學模塊，完成全息記錄與再現全流程仿真，為系統設計、優化與評估提供專業工程支撐。
案例設置與操作
模型構建
基于 OAS 軟件三維建模與相干光仿真能力搭建全息光路模型，選用高斯相干光源，經分束元件形成物光與參考光支路。
物光經擴束準直照射物體后攜帶信息抵達記錄面，參考光經角度調控與物光形成穩定干涉場。軟件調用標準元件庫與材料數據庫，精準配置膜層、偏振、光敏介質參數，模型幾何結構與光學特性與實際工程裝置高度一致。
探測器設置
在全息記錄平面部署相干場探測器，同步采集振幅、相位、光強與偏振信息，精準捕獲干涉條紋分布。合理設置采樣分辨率與接收視場，覆蓋有效記錄區域，濾除雜散光與系統噪聲。再現階段加載全息圖，以共軛參考光照明，在成像面部署三維場探測器，獲取再現光場空間分布、景深與成像質量等關鍵數據。
分析優化
采用 OAS 光束追跡與傅里葉衍射算法，快速生成全息干涉圖，量化提取條紋對比度、空間頻率、衍射效率等指標。再現階段精準復現物體三維像，還原景深與細節，支持 PSF、MTF、波前誤差等像質評估。依托參數化優化功能，迭代調整光程、角度、功率等參數，修正光路偏差，提升全息圖質量與再現成像清晰度。
總結
本案例通過 OAS 軟件完成全息照相記錄與再現全流程仿真，驗證了軟件在相干干涉、衍射成像與復雜光場分析中的高精度與高效率。
展開 MLA 投影燈照度不均？OAS軟件精準設計來解困
MLA投影燈案例分析
簡介
在微型投影、顯示設備及廣告標識等領域，MLA 投影燈憑借小尺寸、高亮度的優勢成為關鍵器件。其借助微透鏡陣列（MLA）與超焦距原理，實現高效投影，而精準設計需依托光學仿真工具。OAS 光學軟件以強大的微結構建模與光場分析能力，為 MLA 投影燈的性能優化提供可靠技術支撐。
案例設置與操作
模型構建
利用 OAS 軟件的陣列建模功能，精準構建三陣列核心結構：將聚光透鏡陣列設為六邊形單元排布，輸入曲率半徑、厚度等關鍵參數；底片陣列定義為帶品牌標識的光線遮擋元件，投影透鏡陣列采用低色散光學玻璃。通過軟件內置材料庫調用光學常數數據，同步設置溫度系數參數以模擬環境影響。
光線追跡
啟用非序列追跡模式，模擬光線在陣列間的反射、折射及能量損耗，通過 100 萬條蒙特卡羅光線采樣，獲取投影面照度分布數據。利用照度探測器工具直觀呈現光斑均勻性，定位因透鏡邊緣散射導致的暗區問題，為結構優化提供數據支撐。
參數配置
將聚光透鏡陣列的曲率半徑與單元間距設為優化變量，以 “投影均勻性最大化、系統體積最小化” 為目標函數，啟動自動迭代優化。OAS 通過 Sobol 采樣算法快速收斂，最終確定最優參數組合，使邊緣與中心照度差縮小至 15% 以內。
展開 基于MATLAB的矢量光束聚焦光場仿真
圓偏振光聚焦場光強（圖3第二行）偏振特性與線偏振相似，占主導地位的橫向分量呈現光斑形式。而呈現環狀分布的軸向分量使得光斑變大（圖5）。與線偏振不同之處在于光強分布是圓對稱的。
與線偏振光和圓偏振光對比，軸對稱矢量光束，徑向偏振光（圖3第三行）、角向偏振光（圖3第四行）的聚焦場都為中心對稱分布，但各偏振分量分布比較特殊。徑向偏振光的聚焦光斑仍為圓形，橫向分量為環形分布，軸向分量遠大于橫向分量，占主導地位，如圖6所示。同時軸向分量的半波瓣寬度遠遠小于總光強的半波瓣寬度，因此，通過一些手段,例如用高階模式徑向偏振光束照明[9]，或者結合環形光瞳濾波器[10,11]來增強軸向偏振分量，抑制橫向分量，從而得到較小的衍射光斑，在超分辨成像、激光加工等領域具有重要應用。而對于角向偏振光，聚焦光斑為純橫向分量的環形分布，如圖7所示。上述光場偏振特性都是用標量衍射積分所不能解釋的，說明在高數值孔徑系統中，矢量衍射理論才能準確描述光的傳播和聚焦特性。
4 結語
本文根據矢量衍射理論推導矢量偏振光束的聚焦光場積分表示，并采用MATLAB模擬仿真實現了聚焦光場分布的直觀顯示。基于矢量光束經透鏡聚焦的光場分布分析，在高數值孔徑系統中，矢量衍射光束聚焦場具有以下特征：
（1） 聚焦光場具有顯著的偏振特性，要用矢量衍射理論進行分析計算；
（2） 聚焦光場各偏振分量與入射光場偏振態相關，并且出現軸向偏振分量。經過高數值孔徑透鏡聚焦，光束的矢量偏振性質發生變化。徑向偏振光在焦點附近軸向分量占主導，角向偏振光保持空心場分布，不含軸向分量；
（3） 聚焦光斑受入射光偏振影響，利用矢量光束和高數值孔徑的緊聚焦特性，能實現超衍射光斑[9-11],在超分辨成像、激光加工等領域具有重要應用。
展開 基于Lumerical Mode的典型波導腔面本征模式的光場圖計算
展開FDE模塊樹可以右擊已算出的模式數據包，
選擇想要輸出的結果，比如電場圖E、磁場圖H、能量場P以及遠場圖farfield等
**輸出格式可以是圖片或者記事本文檔，建議輸出后者以便加工作圖
總結，該方法已經被成熟運用于相關論文本征模式光場的作圖與分析：
最后，有相關需求歡迎通過微信公眾號聯系我們。
微信公眾號：320科技工作室。
一文讀懂VirtualLab Fusion場追跡技術
A 36, 1551-1558 (2019)
參考文獻
VirtualLab Fusion的強大之處，不只是“能算出結果”，而是它提供了一套圍繞光場傳播的完整分析邏輯。VirtualLab Fusion 的場追跡技術，本質上是將光場傳播統一到傅里葉域框架下，再針對不同傳播任務選擇合適的傅里葉變換算法組合來實現高效而精確的計算。通過這三類算法的協同，VirtualLab Fusion 能夠在統一的場追跡框架中兼顧傳播精度、計算效率和建模靈活性，從而實現從整面傳播到局部逐點分析、從標準傅里葉傳播到高NA矢量場計算的多層次光場仿真。對于使用者來說，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、結語
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