光束掃描仿真
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-04
光束掃描仿真的實例教程
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 概括案例
1.系統細節
? 光源
- 綠色激光二極管
? 元件
- 基于單掃描微鏡的激光掃描系統，例如MEMS（微機電系統）
? 探測器
- 光線可視化檢查（3D顯示）
- 場分布和相位計算
- 光束參數（M2值，發散角）
? 建模/設計
- 光線追跡：首先概覽系統性能
- 場追跡：
√ 光束傳播包含表面像差
√ 分析生成光束的形狀和質量
2.系統圖片
3.模擬和設計結果
鏡像差（由澤尼克多項式表示）：
4.總結
基于單掃描微鏡的激光掃描系統（例如MEMS）中的鏡像差進行建模和仿真。
1) 模擬
通過使用光線追跡方法驗證激光掃描設置
2) 建模
使用澤尼克標準界面來模擬靜態或動態形式的復雜鏡面像差
3) 分析
為了計算場分布和評價光束形狀和參數，應用經典場追跡引擎
復雜的系統，如基于單微鏡的激光掃描儀可以通過使用VirtualLab Fusion來模擬。此外，幾乎所有類型的表面變形都可以通過引入澤尼克像差到掃描鏡來模擬。因此，可以根據掃描的位置評估光束形狀和質量。
詳細案例
系統參數
1. 此案例的背景和目的
? 作為一個掃描鏡必須包含兩個掃描軸以及考慮一個更復雜的傾斜操作（傾斜的方向并不是獨立的）。
? 另外，將表面像差引入到掃描鏡，可以是靜態或動態類型。
? 因為澤尼克多項式非常適合描述幾乎所有類型的像差，它們可用于演示表面偏差。
2. 模擬鏡像差：澤尼克界面
? 為了模擬靜態或動態鏡像差，使用澤尼克界面。
? 通過使用澤尼克多項式，可以適當地插入任意相位或表面偏差。
展開 論文作者：劉金澤，王斌斌，宮言，王建國，黎永前
焦平面陣列（Focal Plane Array，FPA）是一種不同于光學相控陣（Optical Phased Array，OPA）的全固態光束掃描技術。為解決現有FPA在可靠性、速度、功耗等方面的瓶頸問題，西北工業大學機電學院空天微納系統教育部重點實驗室使用薄膜鈮酸鋰開發出全球首款基于電光效應的焦平面陣列光束掃描芯片，實現速度和功耗性能的顯著提升。
相關工作以“Focal Plane Array Based on Thin-Film Lithium Niobate for Fast-Speed and Low-Power-Consumption Beam Steering”為題發表于《ACS Photonics》，并被選為封面論文。訊技光電科技（上海）有限公司的VirtualLab Fusion軟件為該項研究成果提供了設計及性能仿真。
研究背景
焦平面陣列（Focal Plane Array，FPA）作為一種重要的全固態光束掃描技術，通過光開關陣列控制光信號從不同位置處的光柵輻射器發射信號，經過置于其上的透鏡后產生一個和輻射器位置相關的偏轉角，從而在無可動部件的情況下實現光束掃描。現有FPA要么使用MEMS結構實現光開關陣列，要么通過熱光效應構建光開關陣列。基于MEMS結構的FPA受其內部可動機械部件的限制而存在速度有限、可靠性差等問題，基于熱光效應的FPA則具有熱光器件固有的速度慢、功耗高等問題。因此，現有熱光式焦平面陣列芯片存在可靠性低、速度慢、功耗高等問題。
為解決上述問題，西北工業大學機電學院空天微納系統教育部重點實驗室基于薄膜鈮酸鋰的電光效應研制出全球首款基于電光效應的焦平面陣列光束掃描芯片。
展開 焦平面陣列（Focal Plane Array，FPA）是一種不同于光學相控陣（Optical Phased Array，OPA）的全固態光束掃描技術。為解決現有FPA在可靠性、速度、功耗等方面的瓶頸問題，西北工業大學機電學院空天微納系統教育部重點實驗室使用薄膜鈮酸鋰開發出全球首款基于電光效應的焦平面陣列光束掃描芯片，實現速度和功耗性能的顯著提升。
相關工作以“Focal Plane Array Based on Thin-Film Lithium Niobate for Fast-Speed and Low-Power-Consumption Beam Steering”為題發表于《ACS Photonics》，并被選為封面論文。訊技光電科技（上海）有限公司的VirtualLab Fusion軟件為該項研究成果提供了設計及性能仿真。
研究背景
焦平面陣列（Focal Plane Array，FPA）作為一種重要的全固態光束掃描技術，通過光開關陣列控制光信號從不同位置處的光柵輻射器發射信號，經過置于其上的透鏡后產生一個和輻射器位置相關的偏轉角，從而在無可動部件的情況下實現光束掃描。現有FPA要么使用MEMS結構實現光開關陣列，要么通過熱光效應構建光開關陣列。基于MEMS結構的FPA受其內部可動機械部件的限制而存在速度有限、可靠性差等問題，基于熱光效應的FPA則具有熱光器件固有的速度慢、功耗高等問題。因此，現有熱光式焦平面陣列芯片存在可靠性低、速度慢、功耗高等問題。
為解決上述問題，西北工業大學機電學院空天微納系統教育部重點實驗室基于薄膜鈮酸鋰的電光效應研制出全球首款基于電光效應的焦平面陣列光束掃描芯片。
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激光二極管準直鏡案例分析
簡介
激光二極管因發射面物理尺寸限制，輸出光束發散角較大，嚴重制約其在激光測距、光通信等需遠距離傳輸或精確聚焦場景的應用。本項目旨在通過 OAS 光學軟件構建仿真模型，設計一款適配 0.635μm 波長的準直鏡系統，將發散光束轉換為平行光束，核心指標為降低遠場發散角以提升光束準直性，為后續工業應用提供光學設計依據。
案例設置與操作
行業現狀：
檢具是用于檢測汽車零部件尺寸質量的專業工具，是零部件質量評價所不可或缺的一環。隨著我國新能源汽車行業的蓬勃發展，專業的客制化檢具需求也不斷增加，以此滿足諸多零部件的質量評定。
然而新車型的研發，往往伴隨著大量的檢具定制成本。據統計，每一輛汽車的車身部分都包含著三千多個鈑金件及上百個飾件，汽車主機廠將會按需求定制數量龐大的檢具設備，來滿足諸多零部件的尺寸質量檢測需求。每年花費的檢具上的費用可能多達上千萬
行業現狀
檢具是用于檢測汽車零部件尺寸質量的專業工具，是零部件質量評價所不可或缺的一環。隨著我國新能源汽車行業的蓬勃發展，專業的客制化檢具需求也不斷增加，以此滿足諸多零部件的質量評定。
然而新車型的研發，往往伴隨著大量的檢具定制成本。據統計，每一輛汽車的車身部分都包含著三千多個鈑金件及上百個飾件，汽車主機廠將會按需求定制數量龐大的檢具設備，來滿足諸多零部件的尺寸質量檢測需求。每年花費的檢具上的費用可能多達上千萬
焦平面陣列（Focal Plane Array，FPA）是一種不同于光學相控陣（Optical Phased Array，OPA）的全固態光束掃描技術。為解決現有FPA在可靠性、速度、功耗等方面的瓶頸問題，西北工業大學機電學院空天微納系統教育部重點實驗室使用薄膜鈮酸鋰開發出全球首款基于電光效應的焦平面陣列光束掃描芯片，實現速度和功耗性能的顯著提升。
論文作者：劉金澤，王斌斌，宮言，王建國，黎永前
焦平面陣列（Focal Plane Array，FPA）是一種不同于光學相控陣（Optical Phased Array，OPA）的全固態光束掃描技術。為解決現有FPA在可靠性、速度、功耗等方面的瓶頸問題，西北工業大學機電學院空天微納系統教育部重點實驗室使用薄膜鈮酸鋰開發出全球首款基于電光效應的焦平面陣列光束掃描芯片
剪切干涉案例分析
簡介
剪切干涉技術作為波前檢測領域的關鍵手段，憑借無需參考光路、結構緊湊、抗干擾能力強等優勢，在高精度光學系統裝調、激光光束質量評估及微納結構檢測中占據重要地位。OAS 光學軟件作為集成化的光學系統設計與仿真平臺，可通過三維建模、光線追跡及物理光學分析等功能，實現剪切干涉過程的全流程化模擬，為技術方案驗證與參數優化提供高效解決方案。
案例設置與操作
變形超差是金屬粉床熔融工藝中的主要挑戰。相較于傳統的手動補償、設計加工余量或多次物理試錯等方法，越來越多的制造業從業者們認識到Simufact Additive增材制造仿真軟件的優勢：通過仿真模擬減少物理試錯，有效降低打印成本。
事實上，自Simufact Additive軟件首個版本發布起，就已包含手動反變形功能。隨著對工藝理解的深入和功能的持續開發，自動迭代補償功能因其高效性和易用性，受到越來越多用戶的青睞
本貼的內容是關于LS-DYNA的高級應用，基于真實多相材料的物質分布進行建模，從而真實模擬多相物質的動力學特性的技術。
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首先，獲取CT數據。這邊有一個關于CT數據的開源網站https://www.digitalrocksportal.org/
獲取到raw文件后，用avizo軟件打開，并生成二值化的
