衍射仿真的案例
三角孔徑衍射誤差難分析？OAS 軟件深度仿真解難題
將仿真數(shù)據(jù)與基爾霍夫衍射公式理論計(jì)算結(jié)果對(duì)比，光強(qiáng)誤差小于 3%，光斑尺寸誤差小于 2%，驗(yàn)證了 OAS 仿真的準(zhǔn)確性與可靠性。此外，軟件支持衍射圖樣灰度分析、局部區(qū)域放大等功能，可進(jìn)一步提取光斑均勻性、能量集中度等關(guān)鍵參數(shù)。
三角孔徑衍射的三維追跡圖
三角孔徑衍射的探測(cè)器結(jié)果圖
總結(jié)
本案例通過 OAS 軟件高效實(shí)現(xiàn)了三角孔徑衍射的仿真，相比傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)，成本降低 60% 以上，研發(fā)周期縮短 50%。該方案可直接應(yīng)用于三角孔光闌設(shè)計(jì)、激光加工衍射效應(yīng)預(yù)判、光學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)誤差分析等場(chǎng)景，為科研人員與工程師提供可靠的仿真工具。綜上，OAS 軟件憑借靈活的自定義建模能力、精準(zhǔn)的衍射計(jì)算算法及便捷的操作流程，在非規(guī)則孔徑光學(xué)特性研究中展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢(shì)。
展開 箱體衍射——頻域仿真和時(shí)域仿真
01
—
衍射的頻域仿真
非無(wú)限大聲場(chǎng)邊界會(huì)產(chǎn)生聲衍射，從而對(duì)揚(yáng)聲器的輻射阻抗產(chǎn)生影響，影響遠(yuǎn)場(chǎng)的頻響曲線。
以下是2011年的國(guó)標(biāo)“揚(yáng)聲器主要性能測(cè)試方法”中標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試箱體的衍射修正曲線。
對(duì)不同箱體的衍射效應(yīng)的定量的描述，很多資料上都有提到。
仿真擬合出無(wú)限大障板和實(shí)際箱體的響應(yīng)差異
02
—
衍射的時(shí)域仿真
在頻域中應(yīng)用的有限元方法可以發(fā)現(xiàn)衍射效應(yīng)。但是激勵(lì)信號(hào)主導(dǎo)聲場(chǎng)，所以分離出衍射的影響是很困難的。
時(shí)域仿真可以克服這些問題，實(shí)現(xiàn)聲場(chǎng)的及時(shí)分離。 本文演示如何使用時(shí)域有限元分析來(lái)模擬音箱的衍射。
給產(chǎn)品一個(gè)單周期高斯脈沖作為激勵(lì)
聲場(chǎng)時(shí)域響應(yīng)分布
方形音箱
球形音箱
可以看到方形音箱邊角衍射比球形明顯
其他產(chǎn)品
箱體正前方0.17m處響應(yīng)曲線
方形音箱
球形音箱
可以看到方形音箱波形不夠完整，幅度相對(duì)較大
頻域結(jié)果
藍(lán)色是激勵(lì)信號(hào)，綠色是衍射影響
方形音箱
球形音箱
方形音箱受到衍射影響更大
展開 國(guó)產(chǎn)光學(xué)軟件突破 | 3D可視化衍射光波導(dǎo)仿真
原文信息
原文標(biāo)題：“基于光線場(chǎng)追跡的國(guó)產(chǎn)3D可視化衍射光波導(dǎo)仿真模塊研究”
第一作者：覃嘉佳
通訊作者：宋強(qiáng)，劉祥彪, 張善文，段輝高，周常河
增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）技術(shù)作為新興人機(jī)交互模式，其近眼顯示領(lǐng)域中，AR 衍射光波導(dǎo)技術(shù)因輕量化、小型化等優(yōu)勢(shì)成為核心發(fā)展方向。高品質(zhì)衍射光波導(dǎo)的設(shè)計(jì)優(yōu)化離不開專業(yè)仿真軟件。為填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白，本研究團(tuán)隊(duì)研發(fā)了完全自主可控的 3D 可視化衍射光波導(dǎo)仿真模塊，覆蓋 k 域分析、光波導(dǎo)仿真與優(yōu)化全過程，可納入微投影光機(jī)和人眼模型實(shí)現(xiàn)全維度仿真。
研究基于該模塊設(shè)計(jì)二維出瞳擴(kuò)展衍射光波導(dǎo)，通過確定光柵矢量、劃分功能區(qū)域并精細(xì)調(diào)控光柵參數(shù)，結(jié)合光線場(chǎng)追跡完成仿真，并與國(guó)外商業(yè)軟件結(jié)果對(duì)比，驗(yàn)證了模塊的有效性與實(shí)用性，為我國(guó) AR 產(chǎn)業(yè)自主發(fā)展提供技術(shù)支撐。
二維出瞳擴(kuò)展衍射光波導(dǎo)中的光線傳播示意圖（來(lái)自原文）
該模塊成功設(shè)計(jì)出具備二維出瞳擴(kuò)展的衍射光波導(dǎo)，整體系統(tǒng)由微型投影光機(jī)、光波導(dǎo)與人眼模型構(gòu)成，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)極具優(yōu)勢(shì)。其投影光學(xué)系統(tǒng)焦距 14.5 mm，對(duì)角線視場(chǎng)角 28°，總長(zhǎng)度僅 9.45 mm，光學(xué)元件直徑小于 5.4 mm，憑借緊湊小巧的特性，完美適配近眼顯示設(shè)備的輕量化需求。在性能表現(xiàn)上，該系統(tǒng)在 30 cycles/mm 采樣頻率下的光學(xué)調(diào)制傳遞函數(shù)（MTF）值均優(yōu)于 0.7，成像質(zhì)量穩(wěn)定可靠。
可視化3D衍射光波導(dǎo)模組示意圖（來(lái)自原文）
為驗(yàn)證模塊性能，研發(fā)團(tuán)隊(duì)與市面主流商業(yè)軟件，在衍射效率、均勻性及光線路徑等關(guān)鍵指標(biāo)上展開對(duì)比，結(jié)果充分證明了該國(guó)產(chǎn)模塊的精度與可靠性。
展開 技巧-Ansys Lumerical 衍射光柵仿真實(shí)例
翻譯：慧和聚成 - 徐麗敏
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來(lái)源：Original Ansys Lumerical Ansys 光電大本營(yíng)
Zemax Lumerical Speos 聯(lián)合實(shí)現(xiàn)衍射光波導(dǎo)AR系統(tǒng)設(shè)計(jì)仿真
2.光柵可以將光衍射成具有特定不同方向的幾束光束。為了探究光柵對(duì)光傳播的影響，可以使用交互式模擬，使光線從光源通過光學(xué)系統(tǒng)的傳播可視化。
3.可以通過照度傳感器收集射線并分析均勻性，傳感器允許計(jì)算光的輻照度(W/m2)或照度(Lux)。通過模擬結(jié)果，可以在波導(dǎo)的輸出耦合區(qū)域探索來(lái)自520nm均勻顯示源的輻照度。模擬完成后，雙擊XMP打開輻照度圖，并檢查均勻性。模擬計(jì)算選擇LXP，打開得到的lpf文件，通過measure功能，能供追跡光源到探測(cè)器的光線轉(zhuǎn)播路徑。
4.使用亮度探測(cè)器，以display光源入射系統(tǒng)評(píng)估最終特定視場(chǎng)下的亮度結(jié)果，收集系統(tǒng)的亮度信息，使用inverse仿真計(jì)算，打開XMP結(jié)果，系統(tǒng)顯示圖像信息內(nèi)容。當(dāng)然在仿真過程中，Speos支持加入場(chǎng)景環(huán)境光，使得系統(tǒng)的環(huán)境信息和顯示信息全部疊加到用戶的視野上。另外在人眼視覺條件下，激活人眼視覺參數(shù)可以模擬人眼的空間適應(yīng)性，調(diào)節(jié)人眼參數(shù)實(shí)現(xiàn)不同的人眼視覺結(jié)果，在可讀可視性分析中，可以分析場(chǎng)景環(huán)境下目標(biāo)信息的可識(shí)別性。
5.如果選擇observer 探測(cè)器，允許定義多角度的仿真模擬，將會(huì)得到Speos 360結(jié)果，可以動(dòng)態(tài)多點(diǎn)查看系統(tǒng)的人眼視覺效果。
結(jié)論
在本例中使用1-D光柵用于衍射光學(xué)元件，為了使模式進(jìn)一步發(fā)展，用戶可以用自己的1-D甚至2-D光柵代替光柵，在一個(gè)或兩個(gè)方向上衍射光。
展開 空間光調(diào)制器像素處光衍射的仿真
系統(tǒng)細(xì)節(jié)
? 光源
— 高斯光束
? 組件
— 反射型空間光調(diào)制器組件及后續(xù)的2f系統(tǒng)
? 探測(cè)器
— 視覺感知的仿真
— 電磁場(chǎng)分布
? 建模/設(shè)計(jì)
— 場(chǎng)追跡：
? 一個(gè)SLM像素陣列處光傳播的仿真，仿真中包括了SLM像素間無(wú)功能間隔引起的衍射效應(yīng)。
2. 系統(tǒng)說(shuō)明
3. 模擬 & 設(shè)計(jì)結(jié)果
4. 總結(jié)
考慮SLM像素間隔來(lái)研究空間光調(diào)制器的性能。
第1步
將像素間隔引入到一個(gè)先前設(shè)計(jì)的用于光束整形的SLM透射函數(shù)。
第2步
分析不同區(qū)域填充因子的對(duì)性能的影響。
產(chǎn)生的衍射效應(yīng)對(duì)SLM的光學(xué)功能以及效率具有重大影響。
應(yīng)用示例詳細(xì)內(nèi)容
系統(tǒng)參數(shù)
1. 該應(yīng)用實(shí)例的內(nèi)容
2. 設(shè)計(jì)&仿真任務(wù)
由于制造和技術(shù)的原因，像素之間存在非功能間隔。這種典型的間隔會(huì)產(chǎn)生衍射效應(yīng)，從而影響SLM的光學(xué)性能，并在接下來(lái)的工作中對(duì)其進(jìn)行研究。
3. 參數(shù)：輸入近乎平行的激光束
4. 參數(shù)：SLM像素陣列
5. 參數(shù)：SLM像素陣列
應(yīng)用示例詳細(xì)內(nèi)容
仿真&結(jié)果
1. VirtualLab能夠模擬具有間隔的SLM
? 由于可以嵌入組件，VirtualLab可以輕松的實(shí)現(xiàn)反射系統(tǒng)(如反射鏡，2f系統(tǒng)等)。
? 內(nèi)置的SLM模式可以實(shí)現(xiàn)從簡(jiǎn)單透射函數(shù)到包含像素和間隔的陣列的自動(dòng)轉(zhuǎn)換。
2. VirtualLab的SLM模塊
? 為設(shè)置像素陣列，必須輸入像素陣列尺寸和區(qū)域填充因子。
? 必須設(shè)置所設(shè)計(jì)的SLM透射函數(shù)。
展開 VirtualLab Fusion鏡頭設(shè)計(jì)及衍射分析案例—柱透鏡仿真
前言
在光學(xué)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，鏡頭系統(tǒng)是核心研究對(duì)象，鏡頭相關(guān)設(shè)計(jì)與仿真在光學(xué)設(shè)計(jì)中占據(jù)著重要比重。傳統(tǒng)鏡頭分析多依托幾何鏡頭設(shè)計(jì)等專業(yè)工具，而在需要精細(xì)化衍射分析的實(shí)際場(chǎng)景中，光學(xué)仿真需兼顧衍射效應(yīng)等關(guān)鍵物理特性。本次我將以像散轉(zhuǎn)換器為實(shí)操案例，為大家講解如何通過 VirtualLab Fusion 導(dǎo)入鏡頭文件，完成包含衍射分析的光學(xué)系統(tǒng)仿真。
圖1. 模式像散轉(zhuǎn)換器概念圖
如圖1所示，像散轉(zhuǎn)換器，即Astigmatic Mode Converter，是由一對(duì)柱透鏡組成的器件，最早由Allen等人提出，用于將厄米高斯光束轉(zhuǎn)化為渦旋光束。像散是激光束的一種固有光學(xué)特性，表現(xiàn)為光束在 X、Y 兩個(gè)正交方向上的聚焦點(diǎn)不重合，而模式像散轉(zhuǎn)換器通過精密設(shè)計(jì)的光學(xué)結(jié)構(gòu)（如特殊柱面鏡組、相位調(diào)制元件、光纖光柵等），可定量調(diào)控激光的像散量與像散方向：既能校正激光自身的像散缺陷，也能主動(dòng)引入可控像散，讓激光束從 “非對(duì)稱形態(tài)” 轉(zhuǎn)化為 “對(duì)稱形態(tài)”，或從單一模式切換為目標(biāo)模式。如果把激光束比作一條 “水流”，普通激光的像散就像水流在左右和前后方向的流速、寬度不一致，而模式像散轉(zhuǎn)換器就像一套精密的 “河道整形器”—— 既能把歪歪扭扭的水流調(diào)得筆直均勻，也能按需求把水流塑造成特定形狀，讓激光精準(zhǔn)匹配后續(xù)的使用場(chǎng)景。
利用模式像散轉(zhuǎn)換器件可以將光纖激光輸出的橢圓光斑（帶固有像散）轉(zhuǎn)化為圓形高斯光斑，解決高功率激光加工中光斑能量分布不均的問題；它還可以消除超快激光、半導(dǎo)體激光在傳輸過程中產(chǎn)生的像散，保證激光聚焦精度，提升光刻、激光切割的加工質(zhì)量；利用模式像散轉(zhuǎn)換器根據(jù)需求生成特定像散的激光模式，滿足光通信、量子光學(xué)、激光雷達(dá)等前沿領(lǐng)域的特殊光路要求。
展開 Zemax Lumerical Speos | 聯(lián)合實(shí)現(xiàn)衍射光波導(dǎo)AR系統(tǒng)設(shè)計(jì)仿真
當(dāng)然在仿真過程中，Speos支持加入場(chǎng)景環(huán)境光，使得系統(tǒng)的環(huán)境信息和顯示信息全部疊加到用戶的視野上。另外在人眼視覺條件下，激活人眼視覺參數(shù)可以模擬人眼的空間適應(yīng)性，調(diào)節(jié)人眼參數(shù)實(shí)現(xiàn)不同的人眼視覺結(jié)果，在可讀可視性分析中，可以分析場(chǎng)景環(huán)境下目標(biāo)信息的可識(shí)別性。
5.如果選擇observer 探測(cè)器，允許定義多角度的仿真模擬，將會(huì)得到Speos 360結(jié)果，可以動(dòng)態(tài)多點(diǎn)查看系統(tǒng)的人眼視覺效果。
結(jié)論
在本例中使用1-D光柵用于衍射光學(xué)元件，為了使模式進(jìn)一步發(fā)展，用戶可以用自己的1-D甚至2-D光柵代替光柵，在一個(gè)或兩個(gè)方向上衍射光。此外，為了設(shè)置景深考慮眼睛的真實(shí)感知，可以將Radiance亮度傳感器替換為Human eye人眼傳感器，然后進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化以調(diào)整性能。
展開 Speos案例 | 基于Speos的衍射波導(dǎo)AR風(fēng)擋HUD系統(tǒng)仿真解決方案
相較于傳統(tǒng)反射鏡式AR HUD，衍射波導(dǎo)型AR HUD憑借體積小巧、集成性強(qiáng)、適配各類車載座艙狹小空間的優(yōu)勢(shì)，成為行業(yè)主流發(fā)展方向。衍射波導(dǎo)AR HUD融合納米級(jí)光柵微結(jié)構(gòu)與宏觀投影鏡頭系統(tǒng)，光學(xué)鏈路復(fù)雜，傳統(tǒng)單一仿真軟件難以實(shí)現(xiàn)全鏈路性能校驗(yàn)。Ansys光學(xué)仿真套件構(gòu)建了Zemax OpticStudio+Lumerical +Speos一體化設(shè)計(jì)仿工作流，覆蓋投影鏡頭設(shè)計(jì)、亞波長(zhǎng)光柵建模、系統(tǒng)級(jí)光學(xué)集成分析全流程。
其中Ansys Speos作為系統(tǒng)級(jí)仿真核心工具，可實(shí)現(xiàn)多軟件數(shù)據(jù)無(wú)縫對(duì)接、三維環(huán)境光學(xué)仿真、人眼視覺感知評(píng)估，為車載AR HUD光學(xué)性能優(yōu)化、成像質(zhì)量校驗(yàn)、雜散光抑制提供專業(yè)仿真支撐。本文基于Ansys官方衍射波導(dǎo)AR風(fēng)擋HUD仿真案例，全面解析Speos在AR HUD研發(fā)中的應(yīng)用價(jià)值、仿真流程、核心參數(shù)及結(jié)果分析，為車載光學(xué)行業(yè)研發(fā)人員提供參考。
衍射波導(dǎo)AR HUD技術(shù)優(yōu)勢(shì)與仿真痛點(diǎn)
1.1 技術(shù)核心優(yōu)勢(shì)
AR HUD可將車速、導(dǎo)航、路況等行車信息直接投射至駕駛員視野區(qū)域，實(shí)現(xiàn)視線不離路的安全駕駛輔助。衍射波導(dǎo)架構(gòu)摒棄傳統(tǒng)大體積反射鏡模組，利用表面浮雕光柵（SRG）與光波導(dǎo)全反射原理完成光信號(hào)傳輸，核心優(yōu)勢(shì)如下：
結(jié)構(gòu)微型化：整體體積遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)反射鏡方案，易于嵌入儀表臺(tái)狹小空間；
成像畫質(zhì)優(yōu)：可精準(zhǔn)控制光路傳播，適配大視場(chǎng)、高清晰度成像需求；
適配性廣泛：兼容各類車型風(fēng)擋曲面結(jié)構(gòu)，滿足不同座艙布局設(shè)計(jì)要求。
展開 VirtualLab運(yùn)用：仿真一個(gè)空間光調(diào)制器像素點(diǎn)處光的衍射
光束整形＞衍射光學(xué)
任務(wù)/系統(tǒng)說(shuō)明
亮點(diǎn)
?使用空間光調(diào)制器（SLM）模擬光束整形
?研究SLM像素間非功能性間距的影響
說(shuō)明：光源
說(shuō)明：SLM像素陣列
說(shuō)明：傅立葉透鏡
說(shuō)明：探測(cè)器
結(jié)果：3D系統(tǒng)視圖
結(jié)果：SLM近場(chǎng)區(qū)域
結(jié)果：SLM的遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)域
結(jié)果：SLM遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)域
文件&技術(shù)信息
[VirtualLab論文] VirtualLab Fusion仿真精密玻璃模壓成型所造成的衍射條紋
[圖片]
Zemax與Lumerical實(shí)現(xiàn)衍射光波導(dǎo)形式HUD設(shè)計(jì)與仿真【8月20日直播】
而基于衍射光波導(dǎo)的AR-HUD方案，可以憑借其平板光波導(dǎo)超薄的結(jié)構(gòu)和二維擴(kuò)瞳能力，極大減小對(duì)光機(jī)體積的需求，這也是未來(lái)HUD發(fā)展的重要方向。
衍射光波導(dǎo)可以改變光信息傳播的方向和能量，進(jìn)而引導(dǎo)光信息從波導(dǎo)內(nèi)部傳輸?shù)饺搜?，其核心和難點(diǎn)在于出瞳處均勻的復(fù)制N次入射光瞳，使出瞳面積/出光面積大幅度增大。這種設(shè)計(jì)極大的優(yōu)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，使得AR光學(xué)成像系統(tǒng)體積急劇縮小，引起產(chǎn)業(yè)矚目。
基于此，Ansys將于8月20日推出「衍射光波導(dǎo)的HUD聯(lián)合工作流」主題網(wǎng)絡(luò)研討會(huì)。本次研討會(huì)將討論如何通過Ansys光學(xué)產(chǎn)品進(jìn)行HUD的設(shè)計(jì)和仿真，并重點(diǎn)介紹如何結(jié)合 Ansys Zemax與Lumerical的動(dòng)態(tài)連接工作流程進(jìn)行衍射光波導(dǎo)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化，助力AR-HUD的產(chǎn)品研發(fā)，加速上市流程。
時(shí)間：8月20日，16:00-17:00
講師簡(jiǎn)介：
周錚 | Ansys高級(jí)應(yīng)用工程師
畢業(yè)于華中科技大學(xué)和巴黎十一大光電信息專業(yè)，于2019年加入Ansys，主要負(fù)責(zé)Ansys Lumerical的業(yè)務(wù)開發(fā)與技術(shù)咨詢工作。
胡皓勝 | Ansys高級(jí)應(yīng)用工程師
畢業(yè)于亞利桑那大學(xué)光學(xué)院，具有豐富 Zemax 官方培訓(xùn)授課經(jīng)驗(yàn)以及全球范圍技術(shù)支持經(jīng)驗(yàn)。
形式：線上
費(fèi)用：免費(fèi)
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技術(shù)鄰簡(jiǎn)介:
技術(shù)鄰專注于工科技術(shù)社區(qū)，從最早的CAE技術(shù)社區(qū)（中國(guó)CAE聯(lián)盟）發(fā)展而來(lái)，在CAE領(lǐng)域有20年的教學(xué)和咨詢服務(wù)經(jīng)驗(yàn)。
仿真服務(wù)、Ansys光學(xué)仿真系列往期免費(fèi)錄播領(lǐng)取，更多資料，掃碼添加技術(shù)鄰客服詳細(xì)咨詢~
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光柵衍射案例分析
簡(jiǎn)介
光柵衍射是光學(xué)領(lǐng)域中典型的波動(dòng)光學(xué)現(xiàn)象，其衍射光斑的分布規(guī)律直接反映了光柵的結(jié)構(gòu)特性與入射光的傳播特性，在光譜分析、光通信、精密測(cè)量等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用價(jià)值。本案例基于 OAS 光學(xué)軟件，通過搭建標(biāo)準(zhǔn)化的光柵衍射仿真模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)光柵衍射過程的精準(zhǔn)模擬。
案例設(shè)置與操作
參數(shù)設(shè)置
在 Z 軸坐標(biāo)為 2mm 的位置（Z=2mm）搭建核心光學(xué)元件 ——光柵。光柵孔徑設(shè)置尺寸為 1mm，孔徑形狀采用圓形（默認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)形狀，可根據(jù)實(shí)際需求調(diào)整為矩形或其他異形結(jié)構(gòu)），確保光柵的有效通光區(qū)域符合仿真場(chǎng)景需求；
在軟件的光柵屬性設(shè)置界面中，明確勾選 “考慮 0 級(jí)、+1 級(jí)、-1 級(jí)衍射光線” 選項(xiàng)，屏蔽更高級(jí)數(shù)（如 ±2 級(jí)、±3 級(jí)）的衍射光線，以聚焦核心級(jí)數(shù)的傳播與成像分析，同時(shí)降低仿真計(jì)算量；
根據(jù)實(shí)際光柵類型（如透射式、反射式）設(shè)置光柵的折射率（透射式）或反射率（反射式），默認(rèn)采用標(biāo)準(zhǔn)光學(xué)玻璃折射率（n=1.5168），確保光柵的光學(xué)特性符合常規(guī)應(yīng)用場(chǎng)景。
光源設(shè)置及建模
在 OAS 軟件的光學(xué)系統(tǒng)建模界面中，首先完成平面光源的創(chuàng)建與參數(shù)配置。將光源放置于 Z 軸坐標(biāo)為 0mm 的平面（Z=0 平面），該平面光源采用單色光輸出（默認(rèn)波長(zhǎng)可根據(jù)仿真需求自定義調(diào)整），光源的發(fā)光區(qū)域尺寸需與后續(xù)光柵孔徑尺寸匹配，確保入射光能夠完整覆蓋光柵有效區(qū)域，避免因光源尺寸不足導(dǎo)致衍射光線信息缺失。同時(shí)，設(shè)置光源的光強(qiáng)分布為均勻分布，以消除光源自身不均勻性對(duì)衍射結(jié)果的干擾。
探測(cè)器設(shè)置
在 Z 軸坐標(biāo)為 4mm 的位置（Z=4mm）創(chuàng)建平面探測(cè)器，作為衍射光斑的接收與成像裝置。
展開 Zemax案例 | 光束整形技術(shù)及其應(yīng)用
論文中提到的GS算法、混合遺傳迭代爬山算法等，均可在專業(yè)設(shè)計(jì)工具中實(shí)現(xiàn)集成應(yīng)用：
仿真流程：輸入入射與目標(biāo)輸出光場(chǎng)參數(shù)，依托論文相關(guān)傅里葉變換理論，通過專業(yè)設(shè)計(jì)工具調(diào)用對(duì)應(yīng)迭代算法，優(yōu)化DOE相位分布并仿真對(duì)比不同算法的整形效果。
仿真成果：龐輝等人[4]利用混合遺傳迭代爬山算法設(shè)計(jì)衍射光學(xué)元件，分別利用GS算法和混合算法進(jìn)行模擬，GS算法得到的衍射效率為98.64%，均勻性為3.23%，而混合算法得到的衍射效率為95.41%，均勻性為0.41%。
（4）微透鏡陣列
微透鏡陣列通過分割光束并疊加干涉，實(shí)現(xiàn)多模激光的均勻化輸出，其設(shè)計(jì)難點(diǎn)在于抑制干涉效應(yīng)、提升能量利用率。李龐躍等人[5]為提高線陣半導(dǎo)體激光器的光束均勻性，滿足小型掃描成像系統(tǒng)的微型化需求，提出了一體化透鏡陣列光束整形系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。能量利用率達(dá)88.79%，均勻性94.51%。
仿真流程：結(jié)合Fresnel衍射積分公式，通過專業(yè)設(shè)計(jì)工具建立微透鏡陣列模型、定義核心參數(shù)，仿真光束均化過程并優(yōu)化陣列排布，抑制干涉效應(yīng)。
仿真成果：可模擬微透鏡陣列的光束均化效果，生成均化面光強(qiáng)分布仿真圖，驗(yàn)證快軸發(fā)散角2.8mrad、慢軸發(fā)散角48.93%的設(shè)計(jì)指標(biāo)；通過能量流分析功能，量化能量利用率與均勻性，為一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)支撐。
動(dòng)態(tài)光學(xué)元件整形系統(tǒng)
動(dòng)態(tài)光學(xué)元件以液晶空間光調(diào)制器（LC-SLM）為核心，憑借實(shí)時(shí)可編程、多參數(shù)可調(diào)的優(yōu)勢(shì)，成為高端光學(xué)系統(tǒng)的理想方案。其核心技術(shù)在于通過電場(chǎng)調(diào)控液晶分子排列，實(shí)現(xiàn)光束相位與振幅的動(dòng)態(tài)調(diào)制。
（1）LC-SLM的核心仿真原理
LC-SLM的整形效果依賴液晶的電光效應(yīng)（扭曲向列效應(yīng)、電控雙折射效應(yīng)），其中相位延遲公式、分子偏轉(zhuǎn)角與電壓關(guān)系、強(qiáng)度調(diào)制公式均為仿真設(shè)計(jì)的核心理論依據(jù)。
展開 一期一會(huì) | 詳解Ansys方案支持超透鏡和共封裝光學(xué)的技術(shù)發(fā)展
寫在前面
仿真、模擬、有限元分析、多物理場(chǎng)……這些術(shù)語(yǔ)是不是早已成為每位仿真人的“日常”？大家是否知曉其背后的技術(shù)原理和演進(jìn)趨勢(shì)，正深刻地改變著世界？Ansys全新推出【Simulation Topics】系列專題，邀您一起探索仿真世界。本專題將以 “一期一會(huì)” 的形式，攜手各領(lǐng)域?qū)＜?，圍繞Ansys全產(chǎn)品線的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，帶您深入解析流體、結(jié)構(gòu)、電子設(shè)計(jì)及電磁仿真、光學(xué)、光子學(xué)、半導(dǎo)體、自動(dòng)駕駛、汽車、聲學(xué)、航空航天、材料等多個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域，讓復(fù)雜的專業(yè)知識(shí)觸手可及。
光學(xué)和光子學(xué)的物理定律可用于對(duì)光的傳播進(jìn)行建模。傳統(tǒng)的反射和折射光學(xué)（也稱為幾何光學(xué)）將光描述為可以被光學(xué)材料（如磨光玻璃、彩色磨砂塑料、人體皮膚、啞光白漆等）反射、折射、散射或吸收的光線。
與之不同的是，衍射光學(xué)將光描述為一種電磁波。當(dāng)光波遇到尺寸與其波長(zhǎng)相當(dāng)?shù)奈⒂^結(jié)構(gòu)（微光學(xué)元件）或開口時(shí)，就會(huì)發(fā)生光衍射。當(dāng)光在這些尺寸只有數(shù)百納米的結(jié)構(gòu)中發(fā)生衍射時(shí)，光束可以被聚焦、整形、重定向或分束。
什么是衍射光學(xué)元件？
通過衍射來(lái)控制光屬性的組件，被稱為衍射光學(xué)元件（DOE）。其中一些元件如今已經(jīng)應(yīng)用于光學(xué)領(lǐng)域，如衍射光柵，而其他新型元件被視為新一代光學(xué)透鏡（例如超表面和超透鏡）。
DOE可精確控制光波的相位、偏振和強(qiáng)度，因此具有極高的應(yīng)用價(jià)值。另外，其比傳統(tǒng)折射光學(xué)元件更薄、更輕，從而可以減少光學(xué)系統(tǒng)的尺寸、重量和成本。
傳統(tǒng)的衍射光學(xué)元件
許多常見類型的DOE被用于調(diào)控光源，這些DOE包括衍射光柵、菲涅爾波帶片、衍射分光鏡、衍射光束整形器和衍射勻光器。
衍射光柵
衍射光柵是一種具有微小周期性結(jié)構(gòu)的光學(xué)結(jié)構(gòu)，其中，這些結(jié)構(gòu)之間的距離與光波長(zhǎng)一樣小（即在微米或納米范圍內(nèi)）。這些結(jié)構(gòu)可以將入射光重定向到多個(gè)空間方向，這些方向被稱為衍射級(jí)次。
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