矢量光束生成的案例
使用干涉儀裝置生成任意矢量光束
目前研究已經證明了圓柱形矢量光束在各種應用中都很有幫助。我們遵循X.-L. Wang等人的研究，建立了一個用于產生矢量光束的干涉儀裝置。 該裝置包括各種類型的光學組件，包括SLM，光柵，孔徑，波片和透鏡。 通過可編程功能，可以任意定義和更改SLM傳輸函數，如下例所示。 我們演示了VirtualLab Fusion中矢量光束的生成過程，并將結果與文獻中的結果進行了比較。 使用SLM和共光路干涉儀生成矢量光束
在4f鏡頭系統中，干涉儀裝置由SLM，光圈，四分之一波片和光柵構成。 使用此裝置，我們演示了圓柱矢量光束的生成過程。
如何使用可編程功能及示例（圓柱透鏡）
在本文檔中，我們以圓柱透鏡為例說明了如何使用可編程功能。 詳詢更多信息請發送郵件至: support@infotek.com.cn / support@infocrops.com網址: http://www.infotek.com.cn / http://www.honglun-seminary.com
展開 [NEWSLETTER] 使用干涉儀裝置生成任意矢量光束
目前研究已經證明了圓柱形矢量光束在各種應用中都很有幫助。我們遵循X.-L. Wang等人的研究，建立了一個用于產生矢量光束的干涉儀裝置。 該裝置包括各種類型的光學組件，包括SLM，光柵，孔徑，波片和透鏡。 通過可編程功能，可以任意定義和更改SLM傳輸函數，如下例所示。 我們演示了VirtualLab Fusion中矢量光束的生成過程，并將結果與文獻中的結果進行了比較。
使用SLM和共光路干涉儀生成矢量光束
在4f鏡頭系統中，干涉儀裝置由SLM，光圈，四分之一波片和光柵構成。 使用此裝置，我們演示了圓柱矢量光束的生成過程。
如何使用可編程功能及示例（圓柱透鏡）
在本文檔中，我們以圓柱透鏡為例說明了如何使用可編程功能。
詳詢更多信息請發送郵件至: support@infotek.com.cn / support@infocrops.com
展開 基于MATLAB的矢量光束聚焦光場仿真
光學的發展促進了新型偏振光的提出，比如矢量光束。矢量光束由于其在垂直于光傳播方向的橫截面具有非均一性的偏振分布，在量子存儲、粒子操控、超分辨成像、納米光刻和激光加工等領域具有重要的潛在發展前景。因此，有必要引入光學發展前沿，鼓勵學生探索光學新發展，培養創新思維，從而激發他們的學習興趣，促進教研融合。同時，考慮到知識的難度，我們需要結合虛擬仿真實驗對光學理論和模型進行精確仿真和可視化，從而直觀呈現抽象的物理過程，提高教學效果和學習效率[2]。
本文以矢量偏振光束通過高數值孔徑物鏡的衍射為例，基于MATLAB模擬仿真展示偏振態對光場傳播過程和聚焦光場的影響。對于低數值孔徑透鏡，只需使用傍軸近似或夫瑯禾費近似的標量衍射理論。但是，對于高數值孔徑透鏡，聚焦光場與偏振狀態密切相關，特別是對于矢量光束，聚焦光場將呈現顯著的偏振特性[3], 此時就需要使用由RICHARDS B和WOLF E在德拜標量衍射積分的基礎上建立的矢量衍射理論[4,5]。借助矢量衍射理論，可以精確描述矢量光束的衍射光場分布，包括振幅、相位和偏振態等。首先，根據矢量衍射理論推導了聚焦場分布積分表示；進一步借助MATLAB仿真給出了矢量偏振光束入射情況下的聚焦光場分布，為學生提供直觀的可視化結果。最后，通過與常見的線偏振光和圓偏振光對比，對矢量偏振光束聚焦場分布進行了分析和總結，有助于學生對偏振影響的整體理解和掌握。
1 矢量偏振光束
偏振光束根據空間分布可分為均勻偏振光和非均勻偏振光[6,7]，線偏振光、圓偏振光、橢圓偏振光都是常見的均勻偏振光。非均勻偏振光在不同空間位置的偏振態不同，矢量光束屬于非均勻偏振光。振幅和偏振態在光束橫截面上以光軸為對稱軸，分布沿徑向方向有一定夾角φ0的矢量光束，稱為軸對稱矢量光束,如圖1(a)所示。
展開 基于Lumerical FDTD和MATLAB的矢量圓艾里光束設計
關鍵詞：MATLAB，FDTD，圓艾里光束，光束設計，光學力
圓艾里光束是一種具有獨特物理特性的矢量光束，具備非衍射、自加速及相位自愈等顯著優勢，在微納顆粒操控、生物醫學檢測、光鑷技術及微納器件制備領域應用潛力突出。本設計運用 MATLAB對光場設計，FDTD光場建模獲得光場平面，并添加微納顆粒，在不同傳播平面測量顆粒光學力分布以及光勢阱。此項設計通過MATLAB算法與FDTD 電磁仿真結合，形成從光束設計到光學力特性分析的完整技術鏈，在光與物質相互作用的基礎研究及工程應用具有中應用潛力。
一、MATLAB光東設計
首先對光束進行光學設計，形成橢圓型艾里光相位，并將數據存儲，用于后續fdtd軟件調用。
二、FDTD建模
1.形成合適的圓艾里光束后，運行腳本“1 圓艾里光場參數設計”，進行光場參數的后續設計，如偏振態、顆粒尺寸等。
2.接著運行腳本“2 圓艾里光場”，以建立仿真環境。會隨第一步的參數進行深入設置。運行后會直接開始仿真。
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。
5.運行“4 光學力處理與繪圖”，計算特定平面的場強、相位以及光學力、勢阱分布
6.最后，計算添加顆粒后的場強分布，運行腳本“5 添加顆粒后場強分布”
三、總結
本設計基于MATLAB、FDTD腳本完成了對矢量圓艾里光束設計、仿真、光學力計算的全流程編碼、建模，得到的光場雨預期符合，光學力分析與光場情況抑制，實現了較為完善的模擬研究。
展開 
[VirtualLab] 用SLM和共光路干涉儀產生矢量光束
摘要
圓柱矢量光束在不同的應用中都十分有用。在此示例中，根據X.-L Wang等人在Opt. Lett. 32,3549 -3551(2007) 的工作，我們建立了共光路干涉儀光路。它由SLM、光闌、四分之一波片、光柵組合器和4f鏡頭組成。利用此光路，我們模擬了圓柱矢量光束的產生。通過改變SLM上加載的振幅透射的選定參數，我們還比較了結果的差異。
建模任務
建模任務
空間光調制器的功能
±1級衍射的單獨建模
生成的矢量光束(φ0 = 0°)
生成的矢量光束(φ0 = 45°)
生成的矢量光束(φ0 = 90°)
生成的矢量光束(φ0 = 135°)
生成的矢量光束及對比
走進VirtualLab Fusion
VirtualLab Fusion的工作流程
? 指定或自定義透射函數
- 如何使用可編程功能以及示例(柱透鏡) [用例]
? 正確地設置傅里葉變換
- 傅里葉變換設置 – 實例討論 [用例]
? 在建模中使用理想化的光柵函數
- VirtualLab Fusion技術 – 理想光柵函數 [技術白皮書]
VirtualLab Fusion技術
文件信息
延伸閱讀
- 與偏振光干涉產生空間變化的偏振
展開 用SLM和共光路干涉儀產生矢量光束
摘要
圓柱矢量光束在不同的應用中都十分有用。在此示例中，根據X.-L Wang等人在Opt. Lett. 32,3549 -3551(2007) 的工作，我們建立了共光路干涉儀光路。它由SLM、光闌、四分之一波片、光柵組合器和4f鏡頭組成。利用此光路，我們模擬了圓柱矢量光束的產生。通過改變SLM上加載的振幅透射的選定參數，我們還比較了結果的差異。
建模任務
建模任務
空間光調制器的功能
±1級衍射的單獨建模
生成的矢量光束(φ0 = 0°)
生成的矢量光束(φ0 = 45°)
生成的矢量光束(φ0 = 90°)
生成的矢量光束(φ0 = 135°)
生成的矢量光束及對比
走進VirtualLab Fusion
VirtualLab Fusion的工作流程? 指定或自定義透射函數- 如何使用可編程功能以及示例(柱透鏡) [用例] ? 正確地設置傅里葉變換- 傅里葉變換設置 – 實例討論 [用例] ? 在建模中使用理想化的光柵函數- VirtualLab Fusion技術 – 理想光柵函數 [技術白皮書]
VirtualLab Fusion技術
文件信息
延伸閱讀
- 與偏振光干涉產生空間變化的偏振
展開 VirtualLab運用：設計一個折射光束整形器來生成一個圓形平頂光束
光束整形＞折射光學
任務描述
亮點
用戶友好界面引導設計一個光束整形元件，從而將高斯激光光束整形成一個圓形平頂光束。
說明：光源
說明：光束整形元件
說明：定義優化函數
說明：探測器
結果：整形光束&轉換值
文件&技術信息
近期推薦：
高速物理光學仿真軟件-VirtualLab Fusion基礎培訓2018.1.22-1.23上海：http://www.honglun-seminary.com/2018/vf122.html
FRED初級操作培訓 1月18-19日 上海 http://www.honglun-seminary.com/2018/fred118.html
展開 無衍射貝塞爾光束的生成
如今，貝塞爾光束和相似的非衍射光束已不僅僅在實驗室中生成，更被廣泛用于不同的應用中。為了更好地利用此類光束，必須更深入地研究和理解其性能。作為一個典型的示例，我們演示了如何用錐透鏡產生貝塞爾光束，并且遵循O.Brzobohaty等人的工作，我們研究了錐透鏡的圓形尖端對所得的貝塞爾光束產生的影響。
由圓頂錐透鏡生成貝塞爾光束 我們用帶有圓形尖端的錐透鏡建模生成貝塞爾光束，并研究圓形尖端如何影響貝塞爾光束的演化。
可編程函數 在本文件中，我們以圓柱透鏡為例說明如何使用可編程函數。 了解更多信息請發送郵件至: support@infotek.com.cn / support@infocrops.com網址: http://www.infotek.com.cn / http://www.honglun-seminary.com
展開 無衍射貝塞爾光束的生成
由圓頂錐透鏡生成貝塞爾光束
如今，貝塞爾光束和相似的非衍射光束已不僅僅在實驗室中生成，更被廣泛用于不同的應用中。為了更好地利用此類光束，必須更深入地研究和理解其性能。作為一個典型的示例，我們演示了如何用錐透鏡產生貝塞爾光束，并且遵循O.Brzobohaty等人的工作，我們研究了錐透鏡的圓形尖端對所得的貝塞爾光束產生的影響。
可編程函數
我們用帶有圓形尖端的錐透鏡建模生成貝塞爾光束，并研究圓形尖端如何影響貝塞爾光束的演化。
在本文件中，我們以圓柱透鏡為例說明如何使用可編程函數。
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展開 [NEWSLETTER] 無衍射貝塞爾光束的生成
如今，貝塞爾光束和相似的非衍射光束已不僅僅在實驗室中生成，更被廣泛用于不同的應用中。為了更好地利用此類光束，必須更深入地研究和理解其性能。作為一個典型的示例，我們演示了如何用錐透鏡產生貝塞爾光束，并且遵循O.Brzobohaty等人的工作，我們研究了錐透鏡的圓形尖端對所得的貝塞爾光束產生的影響。
由圓頂錐透鏡生成貝塞爾光束
我們用帶有圓形尖端的錐透鏡建模生成貝塞爾光束，并研究圓形尖端如何影響貝塞爾光束的演化。
可編程函數
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展開 無衍射貝塞爾光束的生成
如今，貝塞爾光束和相似的非衍射光束已不僅僅在實驗室中生成，更被廣泛用于不同的應用中。為了更好地利用此類光束，必須更深入地研究和理解其性能。作為一個典型的示例，我們演示了如何用錐透鏡產生貝塞爾光束，并且遵循O.Brzobohaty等人的工作，我們研究了錐透鏡的圓形尖端對所得的貝塞爾光束產生的影響。 由圓頂錐透鏡生成貝塞爾光束
我們用帶有圓形尖端的錐透鏡建模生成貝塞爾光束，并研究圓形尖端如何影響貝塞爾光束的演化。
可編程函數
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VirtualLab運用：設計和優化衍射光束整形元件來生成矩形高帽
1.簡介
這個示例演示了一個典型的光束整形的任務。
展示了可能的期望需求，設計，優化和一個能夠生成無散斑高帽的衍射光學元件(DOE)的相位透過率函數的分析。
2．模擬任務
DOE：
相位型衍射
光束整形器
直徑：2mmx2mm
形狀：圓形
相位級次：16
3.建模任務：入射光場
高斯準直激光光束的光束參數
?波長：632.8nm
?激光光束直徑（1/e2）：1mm
4.建模任務：期望輸出光場
期望輸出場的參數=設計目標圖樣（DTP）:
?FWHM-直徑：0.5mm
?邊緣寬度：50um
?效率：>95%
?信噪比（SNR）：>30dB
?雜散光：<5%
5.設計方案
?VirtualLab Fusion的衍射光學工具箱提供不同的輔助會話的編輯器來設計光操控元件-主要是衍射光學元件（DOEs）。
?對于當前案例，我們使用衍射光束整形器會話編輯器（Diffractive Beam Shaper session editor）。
6. 衍射光束整形器會話編輯器
?會話編輯幫助配置實際的設計和優化文檔。
?用戶必須輸入所需的信息
-入射場
-期望的輸出場=設計目標圖樣（DTP）
-系統參數
-制造條件
7.設計過程
設計和優化過程由兩步完成：
1.基于幾何光學進行一個初始的設計。
2.基于迭代傅里葉傳輸算法（IFTA）進行后續的優化。
8.系統模擬
?設計和優化后，IFTA文檔可以計算感興趣的優化函數。
展開 VirtualLab Fusion：設計和優化生成2D光標的光束分束器元件
DO.007（2.2）
這個案例演示了如何設計和優化一個二元衍射光學元件（DOE），并將其作為光束分束元件以來生成一個2D光斑陣列從而表示一個由bitmap文件定義的光圖案。
1.建模任務
2.照明光束參數
? 波長：532nm
? 激光光束直徑（1/e2）：500um
3.理想輸出場參數
? 位圖文件：DO.007_Diffractive_Beam_Splitter_for_2D_Light_Mark_01.BMP
? 衍射級次距離：1mm×1mm
? 效率：>60%
? 雜散光：≤10%
? 一致性誤差：<10%
4.設計和優化方法
? VirtualLab允許不同的設計和優化方法。
? 對于這個目前的情況，使用迭代傅里葉變換算法（IFTA）設計和優化期望的衍射光學元件（DOE）。
展開 【VirtualLab運用】通過使用錐透鏡對生成貝塞爾光束以優化焦斑大小和焦深
光束傳輸系統（BDS.0004 v1.0）
簡述案例
光源
- 像散光紅外激光二極管
元件
- 用于準直光束的折射透鏡系統
- 生成貝塞爾光束的錐透鏡
- 聚焦非球面透鏡
探測器
- 點列圖
- 聚焦區域的1D和2D研究
- 焦深（DOF）
- 光束參數
模擬/設計
- 光線追跡：初始焦點位置探測
- 場追跡：計算貝塞爾光束實際的形狀和焦深
系統描述
模擬&設計結果
其他VirtualLab Fusion特征
在此案例中，你將受益于以下所選的特性：
焦區域分析：
- 剖面線分析器
- 參數運行文件
- HWxM探測器
得到不同有益的信息/說明性的結果等
- 光束質量：光束尺寸和形狀
- 焦深
- 不同2D和3D圖樣，顯示了光束沿著光軸在焦區域傳播
總結
?在這個例子中，它表明了如何通過一對錐透鏡來減小焦斑尺寸以及增加焦深，。
?分析貝塞爾光束在焦區域的傳播。
?VirtualLab 能夠進行對特殊的元件，如錐透鏡生成的光束，能夠進行物理光學，如光束的輪廓和聚焦分析。
詳述案例
系統參數
案例內容
這個應用案例演示了通過錐透鏡對生成“非衍射”（“non-diffractive”）貝塞爾光束以減小焦斑尺寸并增加焦深。
展開 VirtualLab運用：設計和優化生成2D光標的光束分束器元件
DO.007（2.2）
這個案例演示了如何設計和優化一個二元衍射光學元件（DOE），并將其作為光束分束元件以來生成一個2D光斑陣列從而表示一個由bitmap文件定義的光圖案。
1.建模任務
2.照明光束參數
?波長：532nm
?激光光束直徑（1/e2）：500um
3.理想輸出場參數
?位圖文件：DO.007_Diffractive_Beam_Splitter_for_2D_Light_Mark_01.BMP
?衍射級次距離：1mm×1mm
?效率：>60%
?雜散光：≤10%
?一致性誤差：<10%
4.設計和優化方法
?VirtualLab允許不同的設計和優化方法。
?對于這個目前的情況，使用迭代傅里葉變換算法（IFTA）設計和優化期望的衍射光學元件（DOE）。
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