光學建模的案例
最佳使用案例NO.3–跨平臺光學建模與設(shè)計
使用VirtualLab Fusion和Python進行跨平臺光學建模和設(shè)計
在我們的第三個“最佳”新聞中，我們重點介紹跨平臺光學建模和設(shè)計。
復雜光學系統(tǒng)的建模和設(shè)計通常需要同時使用多個軟件包。我們演示了如何使用Python訪問VirtualLab Fusion中的場求解器，以及如何從ZemaxOpticStudio?導入具有完整三維位置和材料（玻璃）信息的光學系統(tǒng)。
從ZemaxOpticStudio?導入光學系統(tǒng)
我們演示了如何使用Python訪問VirtualLab Fusion中的場求解器，并將后者與Python函數(shù)一起使用并用于進一步的分析。
展開 [NEWSLETTER] 最佳使用案例NO.3–跨平臺光學建模與設(shè)計
復雜光學系統(tǒng)的建模和設(shè)計通常需要同時使用多個軟件包。我們演示了如何使用Python訪問VirtualLab Fusion中的場求解器，以及如何從ZemaxOpticStudio?導入具有完整三維位置和材料（玻璃）信息的光學系統(tǒng)。
在我們的第三個“最佳”新聞中，我們重點介紹跨平臺光學建模和設(shè)計。
使用VirtualLab Fusion和Python進行跨平臺光學建模和設(shè)計
我們演示了如何使用Python訪問VirtualLab Fusion中的場求解器，并將后者與Python函數(shù)一起使用并用于進一步的分析。
從ZemaxOpticStudio?導入光學系統(tǒng)
VirtualLab Fusion允許從ZemaxOpticStudio?導入具有完整三維位置和材料（玻璃）信息的光學系統(tǒng)，并提供場追跡算法，用于進一步研究導入的系統(tǒng)。
有關(guān)更多信息，請發(fā)送消息至： support@infotek.com.cn / support@infocrops.com
展開 VirtualLab Fusion光學設(shè)計-漸變折射率（GRIN）透鏡的建模
VirtualLab Fusion為光在GRIN介質(zhì)中的傳播提供了一種物理光學建模技術(shù)。在運算速度相同但功能遠超光線追跡的情況下，物理光學建模完全考慮了電磁場，其中包括偏振串擾效應(yīng)。
建模任務(wù)
光線追跡結(jié)果
場追跡結(jié)果-在GRIN透鏡后
場追跡結(jié)果-焦距平面
走進VirtualLab Fusion
VirtualLab Fusion中的工作流程
? 設(shè)置輸入點光源
- 基本光源模型 [教程視頻]
? 構(gòu)建一個漸變折射率透鏡
- 漸變折射率透鏡的構(gòu)造和建模[用例]
? 設(shè)置探測器
- PSF和MTF探測器的使用方法 [用例]
- 電磁場探測器 [用例]
VirtualLab Fusion技術(shù)
文件信息
更多閱讀
- Construction and Modeling of a Graded Index Lens
- Gaussian Beam Focused by a Thermal Lens
展開 VirtualLab Fusion用物理光學建模演示點陣投影儀的工作原理
點陣投影儀工作原理的物理光學建模演示
作為演示，該案例展示了典型的點陣投影光學系統(tǒng)的工作原理，包括VCSEL陣列光源、透鏡和分束器的物理光學建模。
非傍軸衍射分束器的設(shè)計與嚴格分析
傅立葉模態(tài)法（FMM）用于嚴格評估非傍軸衍射分束器，最初使用IFTA和薄元近似設(shè)計。
將超透鏡建模集成到多尺度光學系統(tǒng)仿真中（Frank Wyrowski教授）
圖1：幻燈片#6
第二章
多尺度的光學仿真
幻燈片 #9–10
超表面（Metasurfaces）利用具有高折射率的納米結(jié)構(gòu)（通常稱為meta-atoms或者metacells），排列在折射率較低的基底上。這一方法早已被提出 [2]，但近年來再次引起廣泛關(guān)注 [3]。如果希望對該領(lǐng)域有初步深入的了解，建議閱讀 Lalanne 和 Chavel 撰寫的綜述文章 [4]。此外，還推薦 Yang Fan 等人 撰寫的教程 [6]，其中包含大量補充參考資料。
幻燈片 #11–12
由于超表面（metasurfaces）由納米結(jié)構(gòu)組成，顯然幾何光學方法并不適用。相反，必須采用基于麥克斯韋方程組（Maxwell’s equations）的電磁場理論，即通常所稱的物理光學（physical optics）。因此，在透鏡系統(tǒng)中整合超透鏡（metalenses）或其他平面透鏡，與傳統(tǒng)透鏡曲面及其他光學元件結(jié)合，會形成一個多尺度系統(tǒng)（multiscale system）。這就需要一種跨尺度的光學建模方法，通常稱為多尺度光學仿真（multiscale optical simulation）。簡單來說，必須強調(diào)的是：多尺度仿真無法僅通過數(shù)據(jù)接口將多個光學軟件工具連接在一起實現(xiàn)。相反，它需要一個全面的策略，基于高階物理光學理論，為光學軟件提供堅實的理論基礎(chǔ)。對不同尺度的光學系統(tǒng)進行建模，需要在統(tǒng)一的物理光學框架內(nèi)集成多種不同的仿真模型。這正是我們在 VirtualLab Fusion 軟件中所采用的方法。
圖2：幻燈片#14
幻燈片 #13–15
在 VirtualLab Fusion 的眾多技術(shù)創(chuàng)新中，幾何光學在電磁場建模方面的進步使其能夠順利與其他物理光學仿真技術(shù)相結(jié)合。
展開 VirtuaLab Fusion新版本：從光線光學到物理光學的無縫轉(zhuǎn)換
作為VirtualLab Fusion的開發(fā)者，我們認為光線光學和物理光學并不是用戶必須選擇的兩種分離的建模技術(shù)。在我們的概念中，光線追跡形式的光線光學是物理光學建模的一個子集。而在VirtualLab Fusion中，這不僅僅是一種學術(shù)主張，而是我們通過物理光學和光線光學建模之間的無縫且可控的轉(zhuǎn)換，將其引入到現(xiàn)實生活中的經(jīng)驗。
理論背景
VirtualLab Fusion中的高速物理光學系統(tǒng)建模是由數(shù)學上表示為求解器的操作符來表示的。我們用這種方法連接求解器，并且我們稱之為場追跡連接求解器。求解器可以在x域和k域工作。傅立葉變換連接了這些域。可以看出，被傅里葉變換的光場顯示出低衍射效應(yīng)的情況下，積分傅里葉變換(快速傅里葉變換FFT的形式)可以被逐點傅里葉變換（PFT）代替[wang2020]。這個替換是在VirtualLab Fusion的Modeling Level 3中自動完成的。逐點傅里葉變換和快速傅里葉變換之間切換的標準是相對衍射功率，它是菲涅耳數(shù)的推廣。通過在部分系統(tǒng)中實施逐點傅里葉變換，衍射效應(yīng)可以獨立于相對衍射功率而被忽略。這是在不離開物理光學建模的情況下完成的，并且我們?nèi)匀话ǚ抡胬绺缮妗⑸摺⑾喔珊推裥?yīng)。當一個系統(tǒng)中的所有傅立葉變換都被強制為逐點變換時，衍射在整個系統(tǒng)中被忽略了，我們經(jīng)常在物理光學中獲得完整的逐點建模。當我們只考慮采樣點位置的映射并在x域中連接它們時，我們就獲得了物理光學中的光線光學[Balardron 2019]。這可以理解為物理光學背景下光線追跡的一種推導。我們認為這是一個驚人的理論，它是VirtualLab Fusion中光線光學的基礎(chǔ)。
這將指導我們對應(yīng)逐點傅立葉變換在系統(tǒng)的不同部分來應(yīng)用Modeling level 1和2。
展開 VirtuaLab Fusion新版本：從光線光學到物理光學的無縫轉(zhuǎn)換
作為VirtualLab Fusion的開發(fā)者，我們認為光線光學和物理光學并不是用戶必須選擇的兩種分離的建模技術(shù)。在我們的概念中，光線追跡形式的光線光學是物理光學建模的一個子集。而在VirtualLab Fusion中，這不僅僅是一種學術(shù)主張，而是我們通過物理光學和光線光學建模之間的無縫且可控的轉(zhuǎn)換，將其引入到現(xiàn)實生活中的經(jīng)驗。
理論背景
VirtualLab Fusion中的高速物理光學系統(tǒng)建模是由數(shù)學上表示為求解器的操作符來表示的。我們用這種方法連接求解器，并且我們稱之為場追跡連接求解器。求解器可以在x域和k域工作。傅立葉變換連接了這些域。可以看出，被傅里葉變換的光場顯示出低衍射效應(yīng)的情況下，積分傅里葉變換(快速傅里葉變換FFT的形式)可以被逐點傅里葉變換（PFT）代替[wang2020]。這個替換是在VirtualLab Fusion的Modeling Level 3中自動完成的。逐點傅里葉變換和快速傅里葉變換之間切換的標準是相對衍射功率，它是菲涅耳數(shù)的推廣。通過在部分系統(tǒng)中實施逐點傅里葉變換，衍射效應(yīng)可以獨立于相對衍射功率而被忽略。這是在不離開物理光學建模的情況下完成的，并且我們?nèi)匀话ǚ抡胬绺缮妗⑸摺⑾喔珊推裥?yīng)。當一個系統(tǒng)中的所有傅立葉變換都被強制為逐點變換時，衍射在整個系統(tǒng)中被忽略了，我們經(jīng)常在物理光學中獲得完整的逐點建模。當我們只考慮采樣點位置的映射并在x域中連接它們時，我們就獲得了物理光學中的光線光學[Balardron 2019]。這可以理解為物理光學背景下光線追跡的一種推導。我們認為這是一個驚人的理論，它是VirtualLab Fusion中光線光學的基礎(chǔ)。
這將指導我們對應(yīng)逐點傅立葉變換在系統(tǒng)的不同部分來應(yīng)用Modeling level 1和2。
展開 VirtuaLab Fusion新版本：從光線光學到物理光學的無縫轉(zhuǎn)換
作為VirtualLab Fusion的開發(fā)者，我們認為光線光學和物理光學并不是用戶必須選擇的兩種分離的建模技術(shù)。在我們的概念中，光線追跡形式的光線光學是物理光學建模的一個子集。而在VirtualLab Fusion中，這不僅僅是一種學術(shù)主張，而是我們通過物理光學和光線光學建模之間的無縫且可控的轉(zhuǎn)換，將其引入到現(xiàn)實生活中的經(jīng)驗。
理論背景
VirtualLab Fusion中的高速物理光學系統(tǒng)建模是由數(shù)學上表示為求解器的操作符來表示的。我們用這種方法連接求解器，并且我們稱之為場追跡連接求解器。求解器可以在x域和k域工作。傅立葉變換連接了這些域。可以看出，被傅里葉變換的光場顯示出低衍射效應(yīng)的情況下，積分傅里葉變換(快速傅里葉變換FFT的形式)可以被逐點傅里葉變換（PFT）代替[wang2020]。這個替換是在VirtualLab Fusion的Modeling Level 3中自動完成的。逐點傅里葉變換和快速傅里葉變換之間切換的標準是相對衍射功率，它是菲涅耳數(shù)的推廣。通過在部分系統(tǒng)中實施逐點傅里葉變換，衍射效應(yīng)可以獨立于相對衍射功率而被忽略。這是在不離開物理光學建模的情況下完成的，并且我們?nèi)匀话ǚ抡胬绺缮妗⑸摺⑾喔珊推裥?yīng)。當一個系統(tǒng)中的所有傅立葉變換都被強制為逐點變換時，衍射在整個系統(tǒng)中被忽略了，我們經(jīng)常在物理光學中獲得完整的逐點建模。當我們只考慮采樣點位置的映射并在x域中連接它們時，我們就獲得了物理光學中的光線光學[Balardron 2019]。這可以理解為物理光學背景下光線追跡的一種推導。我們認為這是一個驚人的理論，它是VirtualLab Fusion中光線光學的基礎(chǔ)。
這將指導我們對應(yīng)逐點傅立葉變換在系統(tǒng)的不同部分來應(yīng)用Modeling level 1和2。
展開 VirtuaLab Fusion新版本：從光線光學到物理光學的無縫轉(zhuǎn)換
作為VirtualLab Fusion的開發(fā)者，我們認為光線光學和物理光學并不是用戶必須選擇的兩種分離的建模技術(shù)。在我們的概念中，光線追跡形式的光線光學是物理光學建模的一個子集。而在VirtualLab Fusion中，這不僅僅是一種學術(shù)主張，而是我們通過物理光學和光線光學建模之間的無縫且可控的轉(zhuǎn)換，將其引入到現(xiàn)實生活中的經(jīng)驗。
理論背景
VirtualLab Fusion中的高速物理光學系統(tǒng)建模是由數(shù)學上表示為求解器的操作符來表示的。我們用這種方法連接求解器，并且我們稱之為場追跡連接求解器。求解器可以在x域和k域工作。傅立葉變換連接了這些域。可以看出，被傅里葉變換的光場顯示出低衍射效應(yīng)的情況下，積分傅里葉變換(快速傅里葉變換FFT的形式)可以被逐點傅里葉變換（PFT）代替[wang2020]。這個替換是在VirtualLab Fusion的Modeling Level 3中自動完成的。逐點傅里葉變換和快速傅里葉變換之間切換的標準是相對衍射功率，它是菲涅耳數(shù)的推廣。通過在部分系統(tǒng)中實施逐點傅里葉變換，衍射效應(yīng)可以獨立于相對衍射功率而被忽略。這是在不離開物理光學建模的情況下完成的，并且我們?nèi)匀话ǚ抡胬绺缮妗⑸摺⑾喔珊推裥?yīng)。當一個系統(tǒng)中的所有傅立葉變換都被強制為逐點變換時，衍射在整個系統(tǒng)中被忽略了，我們經(jīng)常在物理光學中獲得完整的逐點建模。當我們只考慮采樣點位置的映射并在x域中連接它們時，我們就獲得了物理光學中的光線光學[Balardron 2019]。這可以理解為物理光學背景下光線追跡的一種推導。我們認為這是一個驚人的理論，它是VirtualLab Fusion中光線光學的基礎(chǔ)。
這將指導我們對應(yīng)逐點傅立葉變換在系統(tǒng)的不同部分來應(yīng)用Modeling level 1和2。
展開 基于MATLAB和PYTHON的跨平臺光學建模與設(shè)計
現(xiàn)代光學系統(tǒng)的建模和設(shè)計，隨著復雜性的增加，可以受益于多種軟件工具的結(jié)合。特別是對于優(yōu)化和數(shù)據(jù)處理，一個單一的軟件包往往不能在所有感興趣的領(lǐng)域提供所有必要的功能。當與其他軟件工具一起使用時，VirtualLab Fusion的批處理模式正好支持這種類型的跨平臺模擬。作為例子，我們演示了如何使用Python和MATLAB從VirtualLab Fusion訪問場解算器，并在此基礎(chǔ)上執(zhí)行分析和優(yōu)化任務(wù)。
基于VirtualLab Fusion和Python的跨平臺仿真?
我們將演示如何使用Python訪問VirtualLab Fusion中的場解算器，并將它們與Python函數(shù)一起使用以進行進一步分析。
了解更多
VirtualLab Fusion與MATLAB的跨平臺研究?
VirtualLab Fusion及其場解算器也可以使用MATLAB訪問。該實例演示了利用MATLAB和VirtualLab Fusion進行光柵分析和優(yōu)化。
了解更多
展開 使用VirtualLab Fusion和Python進行跨平臺光學建模和設(shè)計
摘要
復雜光學系統(tǒng)的建模和設(shè)計通常需要同時使用多個軟件，因為單個軟件很難為研究的不同領(lǐng)域提供所需的功能。通過標準批處理模式，我們演示了如何使用Python訪問VirtualLab Fusion中的場求解器并使用Python執(zhí)行光學仿真。 本示例演示了如何進行嚴格光柵分析和參數(shù)掃描。
工作流程概述
在VirtualLab Fusion中定義光學設(shè)置
在VirtualLab中生成相應(yīng)的光學設(shè)置
創(chuàng)建批處理模式文件
?首先,我們?yōu)檫x定的光學設(shè)置創(chuàng)建批處理模式文件。
?在所選文件夾中，生成三個新文件
- parameters.xml
包含VirtualLab光學設(shè)置的所有參數(shù)的xml文件
- sample_batch.bat
包含要執(zhí)行的命令的批處理文件
- system.os
包含原始光學設(shè)置的os文件（VirtualLab文件格式）
修改批處理文件
?打開批處理文件，例如在記事本中打開
- 刪除輸出選項
（在此示例中，沒有子文件夾）
- 并修改仿真引擎
（在本例中，僅使用光柵級次分析器）
使用批處理文件執(zhí)行仿真
?建議先執(zhí)行批處理文件，并將其作為完整工作流程的預檢查。
?執(zhí)行后，將生成一個新文件
- 結(jié)果
包含結(jié)果值的xml文件
?也可以打開結(jié)果xml文件以檢查結(jié)果值。
展開 
使用VirtualLab Fusion和MATLAB進行跨平臺光學建模和設(shè)計
摘要
因為單個軟件很難為研究中的不同領(lǐng)域提供所需的功能，所以通常復雜光學系統(tǒng)的建模和設(shè)計通常需要同時使用多個軟件。 通過標準批處理模式，我們演示了如何使用MATLAB訪問VirtualLab Fusion的場解算器并使用MATLAB執(zhí)行光學仿真。 本示例展示了基于多種配置的嚴格光柵分析，參數(shù)掃描和優(yōu)化。
工作流程概述
MATLAB
- 批處理模式文件的交互式訪問
- 外部數(shù)學函數(shù)和工具
批處理模式文件
- 執(zhí)行仿真
- 光學參數(shù)和仿真結(jié)果存儲
VirtualLab Fusion
- 光學設(shè)置定義
- 內(nèi)核仿真引擎
在VirtualLab Fusion中定義光學設(shè)置
在VirtualLab中生成相應(yīng)的光學設(shè)置
創(chuàng)建批處理模式文件
?首先,我們?yōu)檫x定的光學設(shè)置創(chuàng)建批處理模式文件。
展開 使用VirtualLab Fusion和MATLAB進行跨平臺光學建模和設(shè)計
摘要
因為單個軟件很難為研究中的不同領(lǐng)域提供所需的功能，所以通常復雜光學系統(tǒng)的建模和設(shè)計通常需要同時使用多個軟件。 通過標準批處理模式，我們演示了如何使用MATLAB訪問VirtualLab Fusion的場解算器并使用MATLAB執(zhí)行光學仿真。 本示例展示了基于多種配置的嚴格光柵分析，參數(shù)掃描和優(yōu)化。
工作流程概述
MATLAB
- 批處理模式文件的交互式訪問
- 外部數(shù)學函數(shù)和工具
批處理模式文件
- 執(zhí)行仿真
- 光學參數(shù)和仿真結(jié)果存儲
VirtualLab Fusion
- 光學設(shè)置定義
- 內(nèi)核仿真引擎
在VirtualLab Fusion中定義光學設(shè)置
在VirtualLab中生成相應(yīng)的光學設(shè)置
創(chuàng)建批處理模式文件
?首先,我們?yōu)檫x定的光學設(shè)置創(chuàng)建批處理模式文件。
?在所選文件夾中，生成三個新文件
- parameters.xml
包含VirtualLab光學設(shè)置的所有參數(shù)的xml文件
- sample_batch.bat
包含要執(zhí)行的命令的批處理文件
- system.os
包含原始光學設(shè)置的os文件（VirtualLab文件格式）
修改批處理文件
使用批處理文件執(zhí)行仿真
使用MATLAB執(zhí)行仿真（通過批處理）
使用MATLAB執(zhí)行仿真（通過批處理）
參數(shù)掃描 - 變化單個參數(shù)
?MATLAB基礎(chǔ)文件也可以用作另一個MATLAB文件中的子功能。
展開 光學設(shè)計中的光學加工鏈建模
Oliver Faehnle1,
OST – Applied University of Sciences, Buchs, Switzerland,
摘要：本文描述了對給定的光學設(shè)計進行調(diào)控和仿真的策略，以及沿制造鏈應(yīng)用的最佳光學制造技術(shù)集（OFT）。這樣，就可以在光學設(shè)計階段進行成本影響分析，從而優(yōu)化設(shè)計，降低制造成本和風險。
1.簡介
在現(xiàn)代光學系統(tǒng)中，隨著技術(shù)的快速多樣化和專業(yè)化，我們面臨著在高度專業(yè)化的個人、過程和機器之間進行可靠通信的需要。從最初的想法到最終的光學系統(tǒng)，一般會涉及四個方面：從（a）想要將光用作工具的客戶開始，然后是（b）將應(yīng)用參數(shù)轉(zhuǎn)化為光學系統(tǒng)布局的光學系統(tǒng)設(shè)計師，到（c）將光學系統(tǒng)的參數(shù)和公差轉(zhuǎn)化為優(yōu)化制造鏈的光學制造鏈設(shè)計師，最終將其移交給（d）生產(chǎn)制造。雖然光學設(shè)計軟件工具可以很好地支持客戶和光學系統(tǒng)設(shè)計師之間的交流，但光學系統(tǒng)設(shè)計師和光學制造鏈設(shè)計師之間的交流至今仍然完全基于人與人的交互。這種交互方式是光學系統(tǒng)制造過程中最后的主要障礙之一，因為它基于個人判斷，不是確定性的，在很大程度上取決于人的經(jīng)驗和談判。與所有設(shè)計和生產(chǎn)系統(tǒng)一樣，大部分生產(chǎn)成本是在設(shè)計階段確定的。特別是在光學制造中，設(shè)計參數(shù)對生產(chǎn)成本的影響是巨大的，因為有各種各樣的制造技術(shù)可供選擇。因此，在工業(yè)上，強烈需要能夠通過調(diào)控光學制造鏈，以實現(xiàn)確定性、可預測性和優(yōu)化的制造鏈布局、成本和交付時間。
展開 光學設(shè)計中的光學加工鏈建模
Oliver Faehnle1,
OST – Applied University of Sciences, Buchs, Switzerland,
摘要：本文描述了對給定的光學設(shè)計進行調(diào)控和仿真的策略，以及沿制造鏈應(yīng)用的最佳光學制造技術(shù)集（OFT）。這樣，就可以在光學設(shè)計階段進行成本影響分析，從而優(yōu)化設(shè)計，降低制造成本和風險。
1.簡介
在現(xiàn)代光學系統(tǒng)中，隨著技術(shù)的快速多樣化和專業(yè)化，我們面臨著在高度專業(yè)化的個人、過程和機器之間進行可靠通信的需要。從最初的想法到最終的光學系統(tǒng)，一般會涉及四個方面：從（a）想要將光用作工具的客戶開始，然后是（b）將應(yīng)用參數(shù)轉(zhuǎn)化為光學系統(tǒng)布局的光學系統(tǒng)設(shè)計師，到（c）將光學系統(tǒng)的參數(shù)和公差轉(zhuǎn)化為優(yōu)化制造鏈的光學制造鏈設(shè)計師，最終將其移交給（d）生產(chǎn)制造。雖然光學設(shè)計軟件工具可以很好地支持客戶和光學系統(tǒng)設(shè)計師之間的交流，但光學系統(tǒng)設(shè)計師和光學制造鏈設(shè)計師之間的交流至今仍然完全基于人與人的交互。這種交互方式是光學系統(tǒng)制造過程中最后的主要障礙之一，因為它基于個人判斷，不是確定性的，在很大程度上取決于人的經(jīng)驗和談判。與所有設(shè)計和生產(chǎn)系統(tǒng)一樣，大部分生產(chǎn)成本是在設(shè)計階段確定的。特別是在光學制造中，設(shè)計參數(shù)對生產(chǎn)成本的影響是巨大的，因為有各種各樣的制造技術(shù)可供選擇。因此，在工業(yè)上，強烈需要能夠通過調(diào)控光學制造鏈，以實現(xiàn)確定性、可預測性和優(yōu)化的制造鏈布局、成本和交付時間。
展開 