光學濾波仿真的案例
高質量激光光束光學系統中的空間濾波
用于光束切趾的圓形鋸齒光闌
VirtualLab Fusion獨特的模擬技術使用戶能夠對濾波進行詳細建模，從而評估對光學系統性能和特性的影響。
空間濾波是光學中的一項關鍵技術，用于細化激光束，提高其質量，并最大限度地減少像差和不必要的衍射效應。通過采用透鏡和光闌的組合，空間濾波選擇性地從激光束中去除不想要的成分，例如噪聲、衍射圖案和空間不規則性。這一過程確保了更均勻的強度分布，減少了發散，增強了相干性，從而提高了光束質量?？臻g濾波在各種應用中是必不可少的，包括激光加工、全息技術、顯微鏡和通信領域，其中對光束特性的精確控制對于最佳性能和精度至關重要。
展開 [NEWSLETTER] 高質量激光光束光學系統中的空間濾波
空間濾波是光學中的一項關鍵技術，用于細化激光束，提高其質量，并最大限度地減少像差和不必要的衍射效應。通過采用透鏡和光闌的組合，空間濾波選擇性地從激光束中去除不想要的成分，例如噪聲、衍射圖案和空間不規則性。這一過程確保了更均勻的強度分布，減少了發散，增強了相干性，從而提高了光束質量?？臻g濾波在各種應用中是必不可少的，包括激光加工、全息技術、顯微鏡和通信領域，其中對光束特性的精確控制對于最佳性能和精度至關重要。
VirtualLab Fusion獨特的模擬技術使用戶能夠對濾波進行詳細建模，從而評估對光學系統性能和特性的影響。
用于光束切趾的圓形鋸齒光闌
光束切趾在高能激光器和光束傳輸系統的設計中起著關鍵作用。得益于VirtualLab Fusion高度可定制的環境，鋸齒形光束切趾器可以使用插入式傳輸函數進行建模。
使用空間濾波器“清理”激光光束
在VirtualLab Fusion中對帶有針孔的空間濾波系統進行了建模。我們演示了針孔的開口如何影響輸出光束質量。
展開 RP 系列激光分析設計軟件 | 光學濾波片
通過薄膜設計，可以實現邊緣濾波器、低通、高通和帶通濾波器、陷波濾波器等。
光纖布拉格光柵和其他光學布拉格光柵（如體布拉格光柵）也采用了相同的物理原理。
除了階躍折射率結構，還有梯度折射率濾波器，稱為梳狀濾波器。這種方法可以制造高質量的陷波濾波器。
法布里-珀羅干涉儀、校準儀和陣列波導光柵也是基于干涉效應，但有時利用的光程差比單片設備大得多。因此，它們可以具有更清晰的光譜特征。
Lyot 濾波器
Lyot 濾波器基于波長相關的偏振變化。類似裝置在可調諧激光器中用作雙折射調諧器。
折射和衍射濾光器
其他濾光器基于棱鏡(或棱鏡對)中隨波長變化的折射或在光柵上隨波長變化的衍射，并與孔徑相結合。
聲光濾波器
有一種聲光可調諧濾波器，它利用了聲波的布拉格反射，只在狹窄頻率范圍內起作用。
可調諧濾光片
大多數類型的濾光片都具有固定的光學特性，但是有一些類型是可調諧的，即它們的光學特性可以被主動修改。例如:
光學諧振器的諧振可以通過壓電控制鏡修改諧振器的長度來調諧。這樣，可以調整光傳輸峰值。
校準儀可以簡單的傾斜來改變它們的傳輸峰值。
聲光濾波器可以通過電輸入來調諧，這可以影響所產生聲波的振幅或頻率。
展開 2026 | OAS光學軟件-幾何光學與波動光學跨尺度仿真
02/幾何光學
在幾何光學領域，OAS 軟件基于光線追跡核心算法，為光學系統的研究與設計提供了高效、精準的一體化分析手段。
成像設計解決方案
光學軟件為成像系統設計提供從建模、優化到分析的一體化平臺。它支持從基礎透鏡到復雜多重結構系統的建模，可靈活設置孔徑、視場等關鍵參數并進行實時光路預覽。軟件內置優化算法，支持像差自動校正、多配置優化和公差分析，能針對多目標進行自動化迭代優化。在分析方面，軟件提供全面的像質評估工具，包括MTF、點列圖、波前圖等，支持對成像系統的核心性能進行專業評估。
照明與汽車光學解決方案
軟件為照明和車燈設計提供了強大的虛擬仿真與優化功能，能夠進行精準的光學性能與效果分析，完成自動化參數優化與方案驗證。其核心功能完整覆蓋了車燈設計、激光雷達光學系統、抬頭顯示器（HUD）以及內飾氛圍照明等關鍵環節，實現了從光源、光路到分析的全鏈路仿真，從而系統地滿足汽車行業在智能化與個性化趨勢下的光學創新需求。
雜散光解決方案
軟件能夠在儀器加工之前，通過高精度虛擬模型全面模擬和分析包括鬼像、衍射、散射及紅外熱輻射在內的各類雜散光現象，并提供了如路徑分析和提取、自動篩選照明關鍵面等工具，為光學工程師提供從識別、評估到修正的一體化工具體系，從而在設計階段有效消除雜散光干擾，保障光學系統的高精度與可靠性。
光機解決方案
OAS內置輕量化CAD核心，通過結合參數化與自由建模雙模式，提供從簡易機械結構到復雜光學元件的一體化設計與建模支持，實現了光學、機械與電子領域在設計數據、仿真流程與工程變更層面的深度融合與高效協同。
展開 
OptiSystem應用：FBG濾波仿真
建模任務
本案例演示了均勻光纖布拉格光柵組件在OptiSystem中作為濾波器的應用。本案例有兩種項目布局。在第一種布局中，使用了白色光源。在第二種布局下，使用了高斯脈沖。
2. 白光光源下的FBG濾波器
下圖所示為光路圖。
初始的頻譜如下圖。
接下來我們對布拉格光柵的主選項卡中的反射率進行掃描，如圖。
因為反射率與耦合長度和光柵長度的乘積有關，所以這種掃描對應于耦合長度和/或光柵長度的變化。相應反射光譜的比較如下圖所示。
0.19和0.59反射率的均勻布拉格光柵反射光譜
透射光譜如下圖。
0.19和0.59反射率的均勻布拉格光柵透射光譜
3. 高斯脈沖下的FBG濾波器
高斯脈沖光學系統中均勻光纖布拉格光柵濾波器的光路如下圖。
我們對高斯脈沖的半高全寬（寬度）進行掃描，設置其寬度為0.005、0.05和0.5，如圖。
初始高斯脈沖的頻譜如圖
高斯脈沖的初始頻譜，寬度為0.5和0.05（分別為12.5ps和1.25ps）
獲得的反射光譜如圖所示。
展開 OptiSystem：FBG濾波仿真
1.建模任務
本案例演示了均勻光纖布拉格光柵組件在OptiSystem中作為濾波器的應用。本案例有兩種項目布局。在第一種布局中，使用了白色光源。在第二種布局下，使用了高斯脈沖。
2.白光光源下的FBG濾波器
下圖所示為光路圖。
初始的頻譜如下圖。
接下來我們對布拉格光柵的主選項卡中的反射率進行掃描，如圖。
因為反射率與耦合長度和光柵長度的乘積有關，所以這種掃描對應于耦合長度和/或光柵長度的變化。相應反射光譜的比較如下圖所示
0.19和0.59反射率的均勻布拉格光柵反射光譜
透射光譜如下圖。
0.19和0.59反射率的均勻布拉格光柵透射光譜
3.高斯脈沖下的FBG濾波器
高斯脈沖光學系統中均勻光纖布拉格光柵濾波器的光路如下圖。
我們對高斯脈沖的半高全寬（寬度）進行掃描，設置其寬度為0.005、0.05和0.5，如圖。
初始高斯脈沖的頻譜如圖
高斯脈沖的初始頻譜，寬度為0.5和0.05（分別為12.5ps和1.25ps）
獲得的反射光譜如圖所示。
反射光譜，寬度為0.5和0.05（分別為12.5ps和1.25ps）
獲得的透射光譜如圖所示。
透射光譜，寬度為0.5和0.05（分別為12.5ps和1.25ps）
正如我們所看到的，因為在第二種情況下，光柵的帶寬（125GHz）遠小于脈沖頻譜，所以脈沖的一部分頻譜被反射?？傊?，我們已經證明了OptiSystem中的光纖布拉格光柵組件作為濾波器。
展開 [Optiwave] OptiSystem應用：FBG濾波仿真
建模任務
本案例演示了均勻光纖布拉格光柵組件在OptiSystem中作為濾波器的應用。本案例有兩種項目布局。在第一種布局中，使用了白色光源。在第二種布局下，使用了高斯脈沖。
2. 白光光源下的FBG濾波器
下圖所示為光路圖。
初始的頻譜如下圖。
接下來我們對布拉格光柵的主選項卡中的反射率進行掃描，如圖。
因為反射率與耦合長度和光柵長度的乘積有關，所以這種掃描對應于耦合長度和/或光柵長度的變化。相應反射光譜的比較如下圖所示。
0.19和0.59反射率的均勻布拉格光柵反射光譜
透射光譜如下圖。
0.19和0.59反射率的均勻布拉格光柵透射光譜
3. 高斯脈沖下的FBG濾波器
高斯脈沖光學系統中均勻光纖布拉格光柵濾波器的光路如下圖。
我們對高斯脈沖的半高全寬（寬度）進行掃描，設置其寬度為0.005、0.05和0.5，如圖。
初始高斯脈沖的頻譜如圖
高斯脈沖的初始頻譜，寬度為0.5和0.05（分別為12.5ps和1.25ps）
獲得的反射光譜如圖所示。
反射光譜，寬度為0.5和0.05（分別為12.5ps和1.25ps）
獲得的透射光譜如圖所示。
透射光譜，寬度為0.5和0.05（分別為12.5ps和1.25ps）
正如我們所看到的，因為在第二種情況下，光柵的帶寬（125GHz）遠小于脈沖頻譜，所以脈沖的一部分頻譜被反射。
展開 Moldex3D模流分析之光學射出光學件成型仿真
料光學組件由于加工特性帶來的高性價比及可應用性，在光電、3C及汽車等領域被廣泛應用取代傳統玻璃材料，但高肉厚和高厚薄比的極端產品設計應用射出成型制程容易產生噴流、包封、表面凹痕、真空泡等成型缺陷，需要的冷卻時間過長與過大的體積收縮率也導致產品精度與生產效率難以提升。
分層射出是光學產品極端設計的解決方案之一，透過將極端產品設計分解成堆棧的A-B層依序成型，改善高肉厚帶來的成型挑戰。Moldex3D光學分析支持預測多材質射出A-B層在成型過程產生的流動殘留應力與熱殘留應力，并提供最終產品的條紋級數與光彈條紋，利用Moldex3D進行多材質射出的光學分析。
第一射(A層)分析
步驟1: 為第一射仿真準備模型及分析組別
首先在Moldex3D Studio準備好第一射的射出成型分析組別，選擇的材料文件必須具有光學性質頁簽，包含無配向之折射率、流動導致應力光學系數、和熱導致應力光學系數等參數。
步驟2: 為第一射模擬設置計算參數及分析計算
在計算參數的黏彈/光學頁簽中，勾選預測流動殘留應力在流動/保壓階段和預測流動殘留應力在冷卻階段。確認完所有的分析設定后，將組別送出計算。待計算完成后在流動、保壓和冷卻分析均會輸出流動誘導殘留應力的結果項。
第二射(B層)分析
步驟3: 為第二射仿真準備模型及分析組別
接著為第二射準備新的分析組別，模型包含產品(B層)和嵌件(A層)。與第一射分析相同，用戶必須選擇具有光學性質的產品與嵌件材料文件，且嵌件的幾何和材料必須與第一射相符。
步驟4: 為第二射模擬設置多材質射出之光學件分析
分析順序設定中，選擇瞬時分析加上光學分析，確保光學分析可以完整考慮流動導致應力和熱導致應力的效應。
展開 [光學工程] JCMsuite納米光學仿真分析軟件
JCMsuite是一款來自德國JCMwave公司、最適于復雜納米光學系統的仿真和設計軟件。它利用最先進的技術，為光學、連續介質力學和熱傳導問題提供快速準確的數值求解。它提供易用的腳本環境、可集成分析工具（如MATLAB、Python等）、機器學習優化技術等功能?！?JCMsuite是一款功能強大且靈活的仿真計算軟件，最適于復雜納米光學系統的仿真和設計。它利用最先進的技術，為光學、連續介質力學和熱傳導問題提供快速準確的數值求解。JCMsuite為您提供易用的腳本環境使用界面，并能完全集成在數據分析工具包中，且通過最新的機器學習技術優化您的光學系統。
01
—
復雜光學系統的仿真
JCMsuite是一個完整且易用的有限元計算軟件，用于計算復雜納米光學系統中的電磁波、彈性和熱傳導。 基于數學和計算科學理論，JCMsuite擁有極短的計算時間、緊湊的數據空間需求和高度可靠性。
02
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分析和優化
JCMsuite包含用于高效地分析和優化納米光學器件或其他光學系統特性的工具。高級的機器學習技術可以有效地搜尋最佳設計，并顯著縮短開發時間。
03
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JCMsuite技術
JCMsuite是基于先進的數學方法和計算科學技術。它利用有限元方法（FEM）的強大功能和靈活性來實現快速準確的仿真計算，并使用最新的機器學習技術來優化復雜的光學系統。
1、CAD和網格劃分工具
JCMsuite幾何創建和網格劃分工具專門用于光子應用。
形狀和幾何形狀：可以使用線性或彎曲單元創建各種CAD幾何圖形，例如2D和3D基元、擠出、圓角形狀和自由形狀等。
展開 基于Lumerical的光子晶體諧振腔濾波器仿真模擬
波分復用技術是大容量光纖通信網絡的關鍵技術，而濾波器是實現波分復用的關鍵器件。教程介紹利用FDTD搭建二維光子晶體諧振腔濾波器模型，并通過仿真求解特定尺寸構型下的諧振腔共振模式以及帶寬等參數。本案中仿真260nm厚度下的嵌有三角晶格陣列的納米孔二維光子晶體諧振腔，仿真波長1000~1400nm。
1. 構建模型
添加三角晶格的納米孔：
納米孔的構造通過structure腳本實現。此處略去了中心兩圈的納米孔，引入光子晶體缺陷，從而有效形成諧振腔。三角晶格常數為366nm?？装霃綖?35.42nm。
2. 添加網格
設置網格參數，如下圖所示：
注意本案中由于采用三角網格，便于操作與剖分，將默認正方網格屬性更改為菱形，如下
點擊該控件，繼續編輯，參數設置如下
60是設置相交的兩條網格線的夾角，從而形成菱形。注意網格尺寸這里與晶格大小保持一致，均為366nm。
3. 設置仿真區域FDTD
點擊控件region，添加FDTD區域
設置FDTD參數，如下
上圖FDTD 邊界條件設定中，特定在 z min bc 處設為symmetry，對稱模式，因為整個模型在z方向是對稱的，因此為了節約計算機仿真時間，可以這樣便捷設定。
4. 添加偶極子云dipole cloud
Lumerical 一大優勢是很多分析方法可以通過代碼實現。上述控件添加了交互界面，實現偶極子云的添加，輸入光源。通過對話框輸入可編輯變量，變量的屬性，變量的值等。這些變量后續在代碼中需要調用。注意這里的偶極子位置是隨機分布的，通過運行生產代碼，從而形成偶極子云。
5.
展開 線上研討會 | OAS 光學軟件-生物醫學光學仿真
會議鏈接：https://meeting.tencent.com/dm/oMFleIBkeGvM
濾波器 | 仿真、優化和基于測量的建模顯著加快設計進程
該軟件基于濾波器性能規范，實現了集總組件和物理濾波器的綜合布局設計，并在Ansys HFSS電磁仿真器中自動設置濾波器分析和優化
Modelithics為表面貼裝部件提供了綜合模型庫，可以考慮部件對濾波器設計的影響，從而可以簡化濾波器優化設計流程。此外，Modelithics部件庫將組件表面、基板或電路板作為參數。這些模型還提供與安裝焊盤尺寸相關的參數。
通過選擇尺寸準確的組件和材料，您可以更好地了解設計，并降低設計風險和失敗的可能性。
您可以從Nuhertz或HFSS訪問Modelithics庫。Nuhertz能以直接、無縫的方式提供自動濾波器設計、綜合與優化?；?em>濾波器性能規范，Nuhertz可以綜合設計出濾波器上的集總組件，并在HFSS中自動設置濾波器分析和優化。
HFSS適用于電磁仿真，可幫助您設計和仿真高頻電子產品，例如RF和微波組件、濾波器、連接器、PCB、天線等。首先，對RLC組件的標準值進行優化；然后，優化平面互連，以確保離散組件及其互連的電磁耦合都能被考慮到，實現符合性能規范的最佳設計。如果需要，可以將屏蔽、外殼效應和基板邊緣連接器納入整體優化中。
Ansys HFSS 3D電磁（EM）仿真使設計人員能夠對高頻電子產品進行建模，如：天線、天線陣列、射頻（RF）或微波組件、高速互連、濾波器、連接器、集成芯片（IC）封裝與印刷電路板
HFSS有兩種模式：3D模式和3D Layout模式，后者非常適合處理分層電路板幾何結構問題或高速組件（如IC封裝、片上嵌入式無源組件和PCB互連）的布局問題。
展開 HFSS高性能平行耦合微帶帶通濾波器設計與仿真攻略
圖2.3 ADS電路原理圖
圖2.4 ADS電路原理圖仿真S參數曲線響應
由圖 2.4 可知，該帶通濾波器中心頻率為2.55GHz，插入損耗 S21滿足指標，但回波損耗S11在2.5GHz低于15dB及阻帶衰減都沒有滿足要求，顯然無法滿足濾波器指標，因此我們需要對平行耦合帶通濾波器進行優化設計。
平行耦合帶通濾波器優化仿真設計
在平行耦合帶通濾波器的仿真優化中，S參數是衡量濾波器性能好壞的的重要指標，S參數中包括S11和S21。S11為反射系數，也就是回波損耗，S21為傳輸系數，也就是插入損耗。本節中設定優化參數 S21大于-1.5dB，S11小于-15dB。接下來將在 ADS 仿真軟件的原理圖中對平行耦合帶通濾波器進行優化。
本節設計的平行耦合帶通濾波器有5對耦合節(6個階梯)，主要的優化參數為微帶線的長 L、寬W和間距S。經多次參數優化后，最終得到平行耦合微帶帶通濾波器的具體尺寸，如表 2.4 所示,優化后的原理圖如圖2.5所示。
圖2.5 ADS優化后的電路圖與尺寸
從表2.4中可以看出，優化后的每組微帶線間距S與長度L與前面通過公式計算出的理論值不同，這是由于平行耦合微帶線存在線間邊緣效應，從而影響了各個參數的計算。經過ADS電路優化后的濾波器S參數如圖2.6所示。
展開 使用多物理場仿真預測熱漂移，優化微波濾波器設計
微波濾波器有助于防止微波發射器的輸出中出現不需要的頻率成分。然而，如果微波系統發生了熱漂移，濾波器的高頻穩定性將變得很差。為了解決這個問題，并改進濾波器的設計，系統工程師需要預測熱膨脹導致的通帶頻率的變化。多物理場仿真能夠幫助工程師順利完成這項任務。
改進微波發射器的設計
當設計微波發射器時，系統工程師必須保證輸出中沒有不需要的頻率。常用的解決方案是在發射器天線和非線性功率放大器之間放置一個微波濾波器。通過使用一個或多個窄帶濾波器對輸出進行處理，工程師可以將放大器產生的諧波消除。
微波發射塔。圖片由 Tom Page 拍攝。已獲 CC BY-SA 2.0 授權，并通過 Flickr Creative Commons 共享。
這種方案自身也存在問題。當發射器暴露在高功率載荷下和嚴酷的環境中時（比如暴露在極熱的沙漠中的蜂窩基站），可能產生熱漂移。
在沙漠暴曬等嚴酷的環境中，微波發射器內會發生熱漂移。圖片已獲 CC BY 4.0 授權，并通過 ESO/C. Malin 共享。
結構的熱膨脹會擾亂微波系統中濾波器的頻率響應。因此，為了設計可靠的濾波器，我們不但要進行精確的電磁分析，而且還要研究溫度上升引起的結構變形。本文的示例表明，我們可以借助 COMSOL Multiphysics? 軟件的“RF 模塊”和“結構力學模塊”實現上述操作。
微波濾波器中的熱效應建模
我們首先觀察一下模型：銅盒內是一根直立的圓柱體，銅盒表面鍍了一層可降低損耗的銀薄膜。圓柱體和銅盒之間的電磁空腔是充滿空氣的密閉空間?，F實中的濾波器常常包含多個級聯空腔，不過我們模型僅重點分析一個空腔。
展開 光學仿真 | 仿真推動以人類視覺感知為本的汽車顯示設計
眼睛可以不斷適應光線的調整，而合適的仿真工具要能夠渲染出真實的各種光環境類型。
在使用基于物理的渲染來仿真人類視覺時，預測未來產品的質量和性能比創建現有原型的逼真渲染更有價值?；谖锢淼匿秩镜年P鍵要求之一是中央處理器（CPU）或圖形處理器（GPU）上的高性能計算（HPC）。Ansys正在快速增加對GPU的支持，因為其運算可以更接近實時。這些結果可以在Ansys Human Vision Lab中，利用上述人眼參數進行分析和體驗。
歸根結底，雖然規范很重要，但有時它們來自未知來源，或者純粹只是比實際應用所需更嚴格。借助仿真軟件可以很快獲得結果，但是對于最終產品體驗，還是有必要考慮更全面。因為，當駕駛員進入車內時，他們不會測量顯示屏發出多少光，但卻會考慮車輛給他們的感覺。由此可見，預測這些感覺和感知能力，以及在不過度設計的情況下做出設計決策的能力，便是虛擬原型開發工具的價值所在。
不只著眼于數字，而是體驗結果。
武漢宇熠科技是 ANSYS 全線產品中國區官方指定代理商，提供 Ansys Zemax、Ansys Lumerical、Ansys Speos 等軟件產品的培訓、銷售、技術支持、二次開發、解決方案及這些軟件相關全方位定制服務。
銷售熱線：027-87878386
咨詢郵箱：market@ueotek.com
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