信息光學
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-04
信息光學的實例教程
中科院上海光學精密機械研究所信息光學與光電技術實驗室，提出一種基于虛擬邊（Virtual Edge）與雙采樣率像素化掩模圖形（Mask pixelation with two-phase sampling）的快速光學鄰近效應修正技術（Optical proximity correction, OPC）。仿真結果顯示，這技術具有較高的修正效率。
以下是詳細報道
中國科學院上海光學精密機械研究所信息光學與光電技術實驗室提出一種基于虛擬邊（Virtual Edge）與雙采樣率像素化掩模圖形（Mask pixelation with two-phase sampling）的快速光學鄰近效應修正技術（Optical proximity correction, OPC），仿真結果表明該技術具有較高的修正效率。
光刻是極大規模集成電路制造的關鍵技術之一，光刻分辨率決定集成電路的特征尺寸。隨著集成電路圖形的特征尺寸不斷減小，光刻系統的衍射受限屬性導致明顯的光學鄰近效應，降低了光刻成像質量。在光刻機軟硬件不變的情況下，采用數學模型和軟件算法對照明模式、掩模圖形與工藝參數等進行優化，可有效提高光刻分辨率、增大工藝窗口，此類技術即計算光刻技術（Computational Lithography）。該技術被認為是推動集成電路芯片按照摩爾定律繼續發展的新動力。
OPC技術通過調整掩模圖形的透過率分布修正光學鄰近效應，從而提高成像質量。基于模型的OPC技術是實現90nm及以下技術節點集成電路制造的關鍵計算光刻技術之一。
展開 復雜光學系統的建模和設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。
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計。
使用VirtualLab Fusion和Python進行跨平臺光學建模和設計
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函數一起使用并用于進一步的分析。
從ZemaxOpticStudio?導入光學系統
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，并提供場追跡算法，用于進一步研究導入的系統。
有關更多信息，請發送消息至： support@infotek.com.cn / support@infocrops.com
展開 集成光學的概念是1969年美國貝爾實驗室的Miller博士提出的。集成光學是在光電子學和微電子學基礎上，采用集成方法研究和發展光學器件和混合光學電子學器件系統的一門新的學科。集成光學的理論基礎是光學和光電子學，涉及波動光學與信息光學、非線性光學、半導體光電子學、晶體光學、薄膜光學、導波光學、耦合模與參量作用理論、薄膜光波導器件和體系等多方面的現代光學內容；其工藝基礎則主要是薄膜技術和微電子工藝技術。集成光學的應用領域非常廣泛，除了光纖通信、光纖傳感技術、光學信息處理、光計算機與光存儲等之外，還有其他領域，如材料科學研究、光學儀器、光譜研究等。
一、集成光學優點
1.與離散光學器件系統的比較
離散光學器件是將體型光學器件固定在大型的平臺或光具座上，構成光學系統。該系統的大小大約是1m2的數量級，光束的粗細大約為1cm的程度。除了體積龐大之外，組裝、調整也比較困難。集成光學系統具有如下優點：
①.光波在光波導中傳播，光波容易控制和保持其能量。
②.集成化帶來的穩固定位。如上所述，集成光學期待在同一塊襯底上制作若干個器件，因而不存在離散光學器件所具有的組裝問題，這樣就可以保持穩定的組合，從而它對振動和溫度等環境因素的適應性也比較強。
③.器件尺寸和相互作用長度縮短；相關的電子器件的工作電壓也較低。
④.功率密度高。沿波導傳輸的光被限制在狹小的局部空間，導致較高的光功率密度，容易達到必要的器件工作閾值和利用非線性光學效應工作。
⑤.集成光學器件一般集成在厘米尺度的襯底上，其體積小，重量輕。
2.與集成電路的比較
光集成的優點可以分為兩個方面，其一是用集成光學體系（集成光路）代替集成電子體系（集成電路）；其二則與導光波的光學纖維和介質平面光波導代替電線或者同軸電纜傳輸信號有關。
展開 集成光學的概念是1969年美國貝爾實驗室的Miller博士提出的。集成光學是在光電子學和微電子學基礎上，采用集成方法研究和發展光學器件和混合光學電子學器件系統的一門新的學科。集成光學的理論基礎是光學和光電子學，涉及波動光學與信息光學、非線性光學、半導體光電子學、晶體光學、薄膜光學、導波光學、耦合模與參量作用理論、薄膜光波導器件和體系等多方面的現代光學內容；其工藝基礎則主要是薄膜技術和微電子工藝技術。集成光學的應用領域非常廣泛，除了光纖通信、光纖傳感技術、光學信息處理、光計算機與光存儲等之外，還有其他領域，如材料科學研究、光學儀器、光譜研究等。
一、集成光學優點
1.與離散光學器件系統的比較
離散光學器件是將體型光學器件固定在大型的平臺或光具座上，構成光學系統。該系統的大小大約是1m2的數量級，光束的粗細大約為1cm的程度。除了體積龐大之外，組裝、調整也比較困難。集成光學系統具有如下優點：
①.光波在光波導中傳播，光波容易控制和保持其能量。
②.集成化帶來的穩固定位。如上所述，集成光學期待在同一塊襯底上制作若干個器件，因而不存在離散光學器件所具有的組裝問題，這樣就可以保持穩定的組合，從而它對振動和溫度等環境因素的適應性也比較強。
③.器件尺寸和相互作用長度縮短；相關的電子器件的工作電壓也較低。
④.功率密度高。沿波導傳輸的光被限制在狹小的局部空間，導致較高的光功率密度，容易達到必要的器件工作閾值和利用非線性光學效應工作。
⑤.集成光學器件一般集成在厘米尺度的襯底上，其體積小，重量輕。
2.與集成電路的比較
光集成的優點可以分為兩個方面，其一是用集成光學體系（集成光路）代替集成電子體系（集成電路）；其二則與導光波的光學纖維和介質平面光波導代替電線或者同軸電纜傳輸信號有關。
展開 課程簡介
本課程使用基礎光學的教育案例，以直觀的形式對光的基本特性進行展示，并引申為現代光學的實際應用。學員可在這門課程中發現一個新的光學世界，不再是數學公式的堆砌，理論的空談，也不是死板的儀器操作，而是虛擬實驗的直觀展示。課程中我們使用多元化光學仿真平臺VirtualLab Fusion進行虛擬仿真實驗，不僅可以加深對基礎現代光學的理論理解，有助于構架個人理論體系，而且將發散思維與實際應用進行關聯，事實驗證，對于后期研究有所助益。
本課程內容涵蓋幾何光學，物理光學，信息光學等領域實驗。
課程大綱
第一天
1.
VirtualLab Fusion軟件簡介
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建模及場追跡原理介紹
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VirtualLab Fusion用戶界面的基礎操作
2.
VirtualLab Fusion中的非序列場追跡
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非序列追跡的通道配置
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對平面或曲面模擬標準具的建模
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準直系統鬼像效應的分析
3.
參數掃描，參數優化等
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光纖耦合透鏡參數優化
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湍流下的光纖耦合效率分析
4.
光學系統中的衍射
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手機鏡頭中的衍射與鬼像仿真
?
微透鏡陣列系統與波前傳感
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利用折衍混合透鏡進行消色差
Q&A
第二天
1.
干涉實驗
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干涉儀應用（不同的面型檢測，光束準直測試等）
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由陡峭浮雕結構引起的干涉儀衍射的研究
2.
展開 
信息光學的相關專題、標簽、搜索
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場追跡方法在這類問題上非常合適，能夠比較完整地保留波動光學信息。
第五步，跑起來，看結果說話
為什么這很重要？因為理想中的DOE通常是連續相位，而實際加工出來的，往往是有限臺階，比如二值、四臺階、八臺階、十六臺階等等。臺階越少，對理想波前的逼近通常越差，衍射效率、均勻性、背景噪聲都可能受影響。
</p><p><strong>（一）物鏡系統：大視場小口徑的優化設計</strong></p><p>物鏡負責獲取炮膛光學信息，需滿足68°大視場、＜4.5mm通光口徑與變物距要求。
GLAD應用：體全息光柵模擬1個月前
與采用常規光學透鏡的成像系統相比，體全息成像技術僅利用一個厚型體全息圖(或稱為體全息光柵透鏡)作為對物場不同深度層進行選擇成像的衍射元件，可以使得三維物場信息按照光學斷層切片方式逐片地重構成像，不同的斷層切片對應于三維物空間上軸向的不同位置。
這些行業需要將多個攝像頭和其他傳感器用于：
消費類產品
醫療設備
攝影
計量
光通信
制造自動化
物聯網（IoT）
地球觀測
航空航天與國防應用
汽車傳感器
自動駕駛系統的激光雷達和光學攝像頭
科學儀器
天文學
制造方法的新進展、材料科學的改進、微型化以及更強大的計算資源（能夠處理和存儲光學信息）在推動光學機械應用不斷擴展
本案例不僅驗證了二維叉形光柵在渦旋光束生成中的高效性與靈活性，也為光通信、量子信息處理、光學操控等領域的OAM光束應用奠定了仿真基礎，推動了全息光柵器件在集成光子學中的實用化發展。
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參考文獻：
1. Allen L, Beijersbergen M W, Spreeuw R J C, et al.
這些對光如何變換方式的積極探索將繼續提供新的洞察信息，并加速光學技術、系統和應用領域的創新。
3.形成的結構會記錄三維光場信息，便于后續光學力仿真。
4.接著運行“3 顆粒光學力仿真”，這會在第一步設置好的參數基礎上，在特定高度，特定范圍放置顆粒，并利用獨特優化過的腳本處理方式，進行快速光學力計算。
超表面計量學的光學屬性4個月前
相位恢復法利用光傳播過程中初始光學信息產生不同但相關的強度圖案這一特性來恢復相位。
其中兩種相位恢復法已成功地用于表征超表面：
1）傳輸強度方程，通過分析透射光束在其傳播過程中的強度變形來獲得超表面的相位輪廓；
2）疊層成像法，通過對樣品進行局部和順序照明，從不同的遠場強度圖案中恢復相位信息。
GLAD：體全息5個月前
與采用常規光學透鏡的成像系統相比，體全息成像技術僅利用一個厚型體全息圖(或稱為體全息光柵透鏡)作為對物場不同深度層進行選擇成像的衍射元件，可以使得三維物場信息按照光學斷層切片方式逐片地重構成像，不同的斷層切片對應于三維物空間上軸向的不同位置。
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。
