衍射效率分析
關注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時間：2026-01-04
衍射效率分析的視頻教程
基于JMAG的優(yōu)化目標設置和普銳斯2004電機效率圖優(yōu)化分析【微信公眾號：艾迪捷】
基于JMAG的優(yōu)化目標設置和普銳斯2004電機效率圖優(yōu)化分析 適用人群：電磁、電機設計相關從業(yè)者、對于電磁、電機優(yōu)化有興趣的人員。
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衍射效率分析的實例教程
本文介紹了OpticStudio 21.1中新的原生體全息模擬功能，此功能考慮到全息光柵的物理特性，在序列模式下對其進行全面模擬和分析。同時，也示范使用現(xiàn)有DLL在非序列模式下展示相同的功能。這些分析對于設計虛擬現(xiàn)實（VR）和增強現(xiàn)實（AR）的頭戴型顯示器（HMD）和抬頭顯示器（HUD）等系統(tǒng)非常重要。
本文解釋了模型中使用的理論和參數(shù)，并介紹了5個系統(tǒng)范例。
序列模式的體全息在OpticStudio的所有版本上都可以使用，但是衍射效率分析只有訂閱制才能使用。DLL是訂閱制旗艦版本的功能。
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簡介
體全息在許多類型的光學系統(tǒng)中很受歡迎，例如：抬頭顯示器（HUD）、增強現(xiàn)實（AR）和虛擬現(xiàn)實（VR）的頭戴式顯示器（HMD）。全息能夠將光線衍射到任何所需的角度，其波長和角度的選擇性使其能夠創(chuàng)造更輕、更緊密的光學系統(tǒng)。
OpticStudio長期以來一直支持理想全息的模擬。然而，為了準確地說明體全息的特性，除了考慮衍射光線的傳播方向外，還必須考慮衍射效率、材料收縮或折射率變化等因素。考慮衍射效率使用戶能夠進行圖像模擬和綜合優(yōu)化等高級分析。
表面浮雕光柵與體全息光柵的比較
在介紹這個模型之前，我們先簡單解釋一下表面浮雕光柵（SRG）和體全息光柵（VHG）的區(qū)別。這兩種光柵在光學系統(tǒng)中的作用幾乎是一樣的，但在制造和模擬方面卻有很大的不同。
圖 1. （a） 表面浮雕光柵 （b） 體全息光柵
圖1（b）所示的VHG是通過在感光材料薄膜上曝光兩個或多個光束來制造。然后將薄膜進行化學或熱顯影：這就是光柵。光柵上的表面是光滑的，但光柵內部的折射率是正弦調變的。為了對VHG進行建模，需要使用高效的Kogelnik理論或嚴格耦合波分析（RCWA）等算法。
展開 配置傅里葉模態(tài)法（FMM），在傳播方法(Propagation Methods)標簽下，點擊”編輯”(Edit)進入FMM配置窗口，選擇衍射級數(shù)目(Number of Diffraction Orders)。衍射級數(shù)目表示使用FMM方法時所考慮計算的衍射級次總數(shù)。
9. 如何選擇衍射級數(shù)目？新建參數(shù)遍歷(New Parameter Run)，將衍射級數(shù)目設置為變量，逐步增加衍射級數(shù)目，使用光柵衍射效率分析器(Grating Efficiency Analyzer)確定要獲得真實可信的結果（衍射效率達到收斂時）所需要用到的衍射級數(shù)目。操作如下圖：
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
PS：由反射率和迭代步數(shù)之間的曲線圖可以看出，當衍射級次數(shù)為21時，計算的結果趨于穩(wěn)定，即結果收斂
10. 調整衍射級數(shù)目，進入光柵編輯窗口中的傳播(Propagation)子界面，將X和Y方向上的的衍射級數(shù)目都改為21
11. 進行近場計算，通過點擊Go! ，計算光柵的透射場和反射場
左邊為以鉻介質構建的三維光柵透射場，右邊為反射場
12. 光柵效率計算，雙擊 ，進入光柵衍射效率分析器（Grating Efficiency Analyzer (3D)），設置如下
13. 將模擬類型改成光柵衍射效率分析器，點擊Go，開始進行光柵效率計算
光柵衍射效率分析器計算結果：左邊為透射效率，右邊為反射效率
三維光柵總的反射效率，透射效率以及吸收率
展開 課程大綱：
1.波動光學基礎
□ 雙光束干涉及楊氏干涉
□ 相干及非相干光源的傳播特性
□ 衍射光學與傅里葉變換
2.衍射元件概述
□ 衍射光學元件概念
□ 衍射光學元件優(yōu)點
□ 光束分束、整形、擴散
□ 傅里葉變換
□ 角譜理論
□ 工作裝置類型
3.衍射光學元件理念及設計
□ 基本理念
□ 透鏡和衍射光學元件的作用
□ 分束、整形和擴散的實質
□ 衍射光學元件的特征尺寸
□ 衍射光學元件優(yōu)化設計方法
4.IFTA簡介
□ 基本設計步驟
□ 光學系統(tǒng)結構——1f、2f、Fresnel、Far-field、角譜
□ 參數(shù)估算——周期和線寬的估算
□ 光學系統(tǒng)分辨率——不同結構的分辨率
□ 配置設計過程的優(yōu)化評價函數(shù)
5.衍射元件設計案例
□ 衍射分束器參數(shù)選擇
□ 衍射分束器設計流程：規(guī)則和任意形狀
□ 衍射整形器參數(shù)選擇
□ 衍射整形器設計流程：1D和2D平頂型
□ 衍射擴散器參數(shù)選擇
□ 衍射擴散器設計流程：平頂型和任意圖案
6.光柵模擬分析
□ 構建stack
□ 調整模擬參數(shù)——精度因子和衍射級次
□ 近場分析、衍射效率分析、內部場分析
□ 2D光柵表面鍍膜分析
□ 3D表面具有減反結構的光柵分析
□ 光柵單元陣列及透鏡陣列的建模與分析
7.光柵概述
□ 2D和3D光柵,亞波長光柵,及二元光學元件
□ 標量衍射和傅里葉變換
□ 矢量衍射和傅里葉模態(tài)法
□ 納米光學元件的應用：抗反射、偏振控制、成像、傳感等
8.微納光學元件制作
□ 多階器件加工
□ 連續(xù)器件加工
□ 傳統(tǒng)套刻法
□ 激光直寫法
□ 納米光子器件制作概述
□ 衍射光學元件公差分析
9.答疑
展開 Techwiz LCD 3D現(xiàn)在可以分析遠場的衍射效率。 不僅可以分析具有各種折射率或重復圖案的光柵結構的衍射特性，還可以分析由液晶行為引起的相位光柵的衍射特性。
*以上測量結果參考以下已發(fā)表論文：
H. Chen et al. “A Low Voltage Liquid Crystal Phase Grating with Switchable Diffraction Angles,” Sci. Rep. 7.39923 (2017).
這使得設計的具有高衍射效率的光柵難以用于任意偏振。 根據文獻[T. Clausnitzer, et al，Proc. SPIE 5252,174-182（2003）]中報道的概念，我們展示了如何嚴格分析光柵的偏振相關特性，以及如何使用參數(shù)優(yōu)化來設計具有高衍射效率的偏振無關光柵。
摘要
衍射效率分析的相關專題、標簽、搜索
衍射效率分析的最新內容
開啟偏振分析、衍射效率計算、足跡分析及 PSF/MTF 評估功能，精準捕捉光束耦入、波導內全反射、擴瞳及耦出全過程的光場分布、能量衰減與像質變化，保障仿真數(shù)據的客觀性與針對性，為系統(tǒng)性能量化評估提供穩(wěn)定可靠的檢測基礎。
190
6.1 干涉儀模擬仿真 190
6.1.1 使用相干光的馬赫-澤德干涉儀 190
6.1.2 白光邁克爾遜干涉儀 202
6.1.3 F-P干涉儀 220
6.2 顯微鏡模擬仿真 228
6.2.1 高數(shù)值孔徑顯微鏡模擬仿真及研究 228
6.3 單色儀和光譜儀模擬仿真 239
6.3.1 切爾尼-特納單色儀—衍射效率分析
前言
在光學設計領域，鏡頭系統(tǒng)是核心研究對象，鏡頭相關設計與仿真在光學設計中占據著重要比重。傳統(tǒng)鏡頭分析多依托幾何鏡頭設計等專業(yè)工具，而在需要精細化衍射分析的實際場景中，光學仿真需兼顧衍射效應等關鍵物理特性。本次我將以像散轉換器為實操案例，為大家講解如何通過 VirtualLab Fusion 導入鏡頭文件，完成包含衍射分析的光學系統(tǒng)仿真。
圖1. 模式像散轉換器概念圖
如圖1所示
摘要
非傍軸衍射光束分束器的直接設計仍然是一個挑戰(zhàn)。由于衍射角度相當大，元件的特征尺寸與光的波長相近。因此，通常使用的傍軸建模方法變得不準確，需要嚴格的技術。因此，在這個例子中，迭代傅里葉變換算法（IFTA）和薄元件近似（TEA）被用于衍射光學元件（DOE）的初步設計，并且之后使用傅里葉模式方法（FMM）也稱為嚴格耦合波分析（RCWA）進行嚴格的性能評估，包括在高度變化的情況下對優(yōu)點函數(shù)變化的研究
?
狹縫模擬
偏振體光柵(PVGs)模擬也可以用來識別一階反射率。
基于極坐標圖和圖像結果文件，對考慮衍射效應的光柵模型的設計有很大的幫助。
液晶顯示面板的光柵結構產生了衍射圖樣。根據遠場方程，將衍射光計算為輸出光通過光柵介質的電場之和。
液晶顯示面板的光柵結構產生了衍射圖樣。根據遠場方程，將衍射光計算為輸出光通過光柵介質的電場之和。
基于極坐標圖和圖像結果文件，對考慮衍射效應的光柵模型的設計有很大的幫助。
偏振體光柵(PVGs)模擬也可以用來識別一階反射率。
? 狹縫模擬
（a）極坐標圖
（b）顏色輪廓
（c）衍射強度
? 液晶相位光柵模擬
（d）TRN數(shù)據 （e）極坐標圖
眼內衍射透鏡的設計與分析3個月前
設計任務
多焦點眼內人工晶體植入術目前被廣泛應用于治療白內障。多焦點眼內透鏡的優(yōu)點之一是能為患者提供良好的遠近視力。在本示例中，我們演示了如何將初始設計導入 VirtualLabFusion，并在考慮實際二元結構的情況下對晶狀體系統(tǒng)進行建模。通過改變二元結構的高度，我們進一步研究了衍射透鏡的性能。
設計任務
使用近軸近似的衍射1：7×7分束器的初步設計，通過嚴格分析，進一步優(yōu)化零階均勻性和影響
直接設計非近軸衍射分束器仍然是一個挑戰(zhàn)。由于衍射角相當大，元件的特征尺寸與工作波長在相同的數(shù)量級上。因此，設計過程超出了近軸建模方法。因此，在這個例子中，迭代傅里葉變換算法
摘要
直接設計非近軸衍射分束器仍然是一個挑戰(zhàn)。由于衍射角相當大，元件的特征尺寸與工作波長在相同的數(shù)量級上。因此，設計過程超出了近軸建模方法。因此，在這個例子中，迭代傅里葉變換算法(IFTA)和薄元素近似(TEA)用于衍射元素的初始設計結構，和傅里葉模態(tài)方法(FMM)隨后應用于嚴格的性能評估。
設計任務
衍射擴散器可以被設計來創(chuàng)建任何圖案。在這里，我們展示了 VirtualLab Fusion的一些可能性，以設計、優(yōu)化、建模和仿真這種衍射光學元件（DOE）并把公司的標志投射到一幢大樓上。有不同的方法來生成光的圖案。利用相干激光和衍射擴散器元件，可以實現(xiàn)良好的效率和有趣的光紋理，這將在下面進行演示。
