鏡面反射仿真的案例
在OpenGL中實現鏡面反射
Welcome to another exciting tutorial. The code for this tutorial was written by Banu Octavian. The tutorial was of course written by myself (NeHe). In this tutorial you will learn how to create EXTREMELY realistic reflections. Nothing fake here! The objects being reflected will not show up underneath the floor or on the other side of a wall. True reflections!
A very important thing to note about this tutorial: Because the Voodoo 1, 2 and some other cards do not support the stencil buffer, this demo will NOT run on those cards. It will ONLY run on cards that support the stencil buffer. If you're not sure if your card supports the stencil buffer, download the code, and try running the demo. Also, this demo requires a fairly decent processor and graphics card. Even on my GeForce I notice there
展開 鏡面反射 | RP 系列激光分析設計軟件
光反射的經典類型是鏡面反射，源自拉丁語 spulum （鏡子），或者是正反射。這種反射會在光滑的表面上遇到，例如拋光的金屬或玻璃片，包括全內反射的情況，或在液體表面上。此處，相對于表面法線測量的反射光角度，它等于入射光角度（見圖 1）。這種情況通常在各種類型的平面鏡上都能發現。對于彎曲的反射面，也可以獲得鏡面反射；然后相對于局部法線方向測量入射角和輸出角。
反射的共同定律（出射角=入射角）與沿反射面的波矢量分量被保留有關。
其他種類的反射，包括光的散射
如果反射面接近平坦，但不完全平坦，則輸出光可能會在一定角度范圍內擴散；這就是所謂的漫散射。對于引起顯著散射的基本上粗糙的表面，可以存在很大的角度范圍，例如具有10°的寬度。特別是體積擴散器，還有一些啞光涂料，往往會產生更寬的散射光角度分布，通常甚至接近朗伯散射體的標準情況。這可以被認為是鏡面反射的反面：完美的漫反射。也可以是鏡面反射和漫反射的組合；具有此類屬性的物體會表現出鏡面高光照（取決于照明條件），除了漫散射產生的外觀。
從遠距離觀看時，鏡面反射看起來比漫反射明亮得多，因為反射光集中到較小范圍的方向。（這在激光安全方面可能是一個問題。）另一方面，如果反射光錯過了吸收者的眼睛，則鏡面反射仍然不會被吸收者注意到。
鏡面反射的條件
由于可見光的波長相當小（遠低于 1 μm），純鏡面反射需要高度的表面平整度，例如比微波的表面平整度要高得多。因此，例如，金屬表面需要非常仔細地拋光以獲得近乎完美的鏡面反射。
衍射光柵上的反射
衍射光柵上可以發生改進形式的鏡面反射。這里，輸出角可以基本上偏離入射角，并且還取決于光學波長，但在理想情況下同樣不存在漫反射。
成像中的鏡面反射
鏡面反射可用于成像——例如，在反射望遠鏡中。
展開 基于ABAQUS的反射式霍普金森拉桿SHTB仿真（附.cae.inp） ￥15
1 問題介紹
反射式霍普金森拉桿（SHTB）是在常規霍普金森壓桿（SHPB）基礎上改進而來，相比于直接式SHTB，反射式SHTB結構簡單、易于改造，但需要對結果進行必要的數據修正。
本案例將介紹韌性材料的反射式霍普金森拉桿原理及其Abaqus仿真方法。
1.1.SHTB原理
反射式霍普金森拉桿SHTB（仿真）結構
反射式SHTB結構基于SHPB改造而來，除具備常規SHPB結構的撞擊桿、入射桿，還需要在拉伸試樣外圍加上與入射桿、透射桿相配合的承壓環。并且反射式SHTB的入射桿、透射桿與常規SHPB位置相反。開始撞擊桿以一定速度撞擊透射桿，在透射桿形成一個傳播的壓縮載荷脈沖，壓縮波從透射桿主要通經過承壓環傳遞到入射桿，并在入射桿自由端反射形成拉伸波，此拉伸波為試樣的拉伸加載脈沖。拉伸加載脈沖對試樣進行拉伸加載，承壓環不承受拉力，拉伸脈沖一部分進入透射桿形成透射波，一部分反射回入射桿形成反射波。試樣與入射桿、透射桿通過連接結構固定，連接方式有螺紋連接以及卡具連接等方式。
由于承壓環受到壓縮變形，部分壓縮波會進入試樣引起試樣的壓縮變形。因此需要對承壓環進行設計，使其承受壓縮波的主要部分，使試樣幾乎不變形或者只發生彈性變形。
展開 抗反射蛾眼結構的仿真
受某些蛾類和蝴蝶物種的啟發，仿生蛾眼抗反射（AR）結構已被制造出來并被廣泛應用。 這樣的結構通常是截錐的陣列，其尺寸小于光的波長。 VirtualLab Fusion提供了方便的工具來進行構建，并提供了嚴格的傅里葉模態方法（FMM）進行分析。 本案例演示了分析和優化蛾眼結構的典型工作流程。
抗反射蛾眼的嚴格分析與設計
借助傅立葉模態方法和VirtualLab Fusion中的參數優化，我們演示了抗反射蛾眼結構的分析和設計。
具有2D周期性的光柵結構的配置
在VirtualLab Fusion中，可以使用堆棧配置復雜的3D光柵結構。 該用例主要對于二維周期性的光柵結構的配置進行了演示。
展開 
抗反射蛾眼結構的仿真
受某些蛾類和蝴蝶物種的啟發，仿生蛾眼抗反射（AR）結構已被制造出來并被廣泛應用。 這樣的結構通常是截錐的陣列，其尺寸小于光的波長。 VirtualLab Fusion提供了方便的工具來進行構建，并提供了嚴格的傅里葉模態方法（FMM）進行分析。 本案例演示了分析和優化蛾眼結構的典型工作流程。
抗反射蛾眼的嚴格分析與設計
借助傅立葉模態方法和VirtualLab Fusion中的參數優化，我們演示了抗反射蛾眼結構的分析和設計。
具有2D周期性的光柵結構的配置
在VirtualLab Fusion中，可以使用堆棧配置復雜的3D光柵結構。 該用例主要對于二維周期性的光柵結構的配置進行了演示。
展開 使用 Ansys Lumerical STACK 仿真抗反射偏振器件
然后，我們將通過腳本命令將反射率從STACK Solver（棕色箭頭）轉換為R2（藍色箭頭）。
偏振器和波片由各向異性材料制成，這意味著它們的折射率在不同方向上可能不同。通過旋轉相應的介電常數張量，在STACK Solver中充分考慮了極化/慢軸的旋轉。
步驟1：初步測試
本步驟的主要目的是確保仿真被正確設置，并驗證圓偏振器在正入射時的抗反射性能。通過腳本可以繪制圓偏振片在正入射時的反射光譜，選擇波片的厚度以使目標波長為0.55μm時的反射最小，圖3中可以得到證實。反射光譜中的小波紋可以歸因于多層膜的法布里-珀羅共振。
圖3
步驟2：角度掃描
在該步驟中，通過掃描入射角（θ和φ）來表征圓偏振器的反射特性，在幾何光學工具（如Ansys SPEOS）中根據視角進一步評估顯示器的性能時很有用。腳本將通過旋轉介電常數張量掃描入射角（phi），然后給出作為波長和角度（θ和phi）函數的反射率。
圖4
通過查看Visualizer工具可以查看R_ave的極坐標圖像，即Rs和Rp的平均值。我們可以發現，入射角θ越大反射越高，這意味著抗反射膜層在入射角越大時就會失效。
接下來，參考論文[1]，我們研究了兩種不同的各向異性薄膜：
圖5
Nz是各向異性材料薄膜的關鍵參數之一，其定義為（nx-Nz）/（nx-ny）。掃描了Nz從1.5到0.5的結果，從上圖中，我們可以發現Nz=0.5可以在所有入射角下實現更好的抗反射性能，這與論文[1]一致。
參考文獻：
1.
展開 Ansys Lumerical | 使用 STACK 仿真抗反射偏振器件
1、說明
在本示例中，我們將展示使用 Lumerical STACK 求解器來設計抗反射圓偏振器，以減少 OLED 顯示器的環境光反射。
2、綜述
OLED 顯示器的底部金屬電極可以用于增強光提取效率，然而它也會帶來環境光反射的不利影響，導致顯示器在室外使用時對比度降低。在本例中，演示了使用圓偏振器來最小化具有特定線偏振的光的反射[1]。圓偏振器的配置和工作原理如下所示：
圖 1
為了簡單起見，多層 OLED 結構由金屬反射器表示。入射到線性偏振器上的光在傳播通過半波片之后變成30°線偏振，然后在通過四分之一波片之后變成圓偏振。反射光最終將變得相對于線性偏振器的偏振正交偏振，因此被其阻擋。
反射光可以分解為兩部分，如圖1所示。R1表示空氣/偏振器界面處的反射，R2與圓偏振器相關。在本例中我們將關注如何最小化R2，關于R1的最小化，請參閱原文。
為了分解R1和R2，一種方法是添加折射率為1.5的人工層，如下圖所示。
圖 2
折射率1.5被選擇為接近線性偏振器的折射率，使得圓形偏振器在有或沒有人工層的情況下的總反射幾乎相同。然后，我們將通過腳本命令將反射率從 STACK Solver（棕色箭頭）轉換為R2（藍色箭頭）。
偏振器和波片由各向異性材料制成，這意味著它們的折射率在不同方向上可能不同。通過旋轉相應的介電常數張量，在 STACK Solver 中充分考慮了極化/慢軸的旋轉。
步驟1：初步測試
本步驟的主要目的是確保仿真被正確設置，并驗證圓偏振器在正入射時的抗反射性能。
展開 使用VirtualLab Fusion仿真多層雙折射反射偏振器
摘要
多層雙折射反射偏光片在液晶顯示器 (LCD) 應用中具有很大優勢。 他們可以回收背光來提高 LCD 的光學效率。 在此用例中，我們重現了文獻Li et. al. J. Display T echnol. 5, 335-340 (2009) 中的實驗，探討了 VirtualLab Fusion 中交替雙折射層的數量與布拉格反射條件之間的關系，并進一步研究了反射效率隨不同波長和入射角的變化。
任務描述
多層堆棧的建模
分層介質組件用于對多層疊層進行建模。
[Optiwave] OptiSystem應用：相位敏感光時域反射（Φ-OTDR）仿真
Φ-OTDR是一種基于相位變化的光時域反射技術，主要利用光脈沖在光纖中傳播時,由于瑞利散射，部分散射光將耦合到光纖纖芯中并以相反的方向傳播, 然后通過干涉儀觀測散射光與發射光的相位差異，從而分析光纖狀態和位置。由于其高靈敏度和分布式感知的特性，Φ-OTDR主要作為一種分布式光纖聲學/振動傳感器使用。
本案例利用OptiSystem仿真Φ-OTDR。
首先，我們搭建一個如圖1所示的系統布局。
圖1.Φ-OTDR系統布局
利用Φ-OTDR組件模擬基于瑞利散射的光纖振動傳感器的行為。該組件可用于感應不同位置的多種振動。用戶輸入振動次數及其位置、光纖長度和光纖參數、激光特性和發射脈沖條件。然后，基于瑞利散射效應的Φ-OTDR分量計算振動頻率和位置。如圖2-圖4所示，依次設置傳輸光纖、發射脈沖以及振動分布。
圖2.光纖參數設置
圖3.發射脈沖設置
圖4.振動分布設置
我們依次在光纖1、2和3次不同位置的振動，比較結果。
a） 只考慮1處位置振動的振幅分布
b） 只考慮1處位置振動的頻率分布
圖5.只考慮1處位置振動
a） 考慮2處位置振動的振幅分布
b） 考慮2處位置振動的頻率分布
圖6.考慮2處位置振動
a） 考慮3處位置振動的振幅分布
b） 考慮3處位置振動的頻率分布
圖7.考慮3處位置振動
我們也可以導入實驗中測量的瑞利散射數據。
圖8.導入實驗測量瑞利散射數據
圖9.導入數據后的振幅分布
展開 VirtualLab：反射式金字塔波前傳感器的仿真
摘要
與傳統的夏克-哈特曼傳感器相比，使用金字塔形棱鏡或反射器的波前傳感器（PyWFS，用于金字塔波前傳感器）具有高對比度和更好的波前靈敏度，例如用于天文學中太陽系外行星的搜索。因此，這種類型的波前傳感器用于特殊的望遠鏡（例如凱克天文臺），通常在紅外（IR）光譜范圍內。PyWFS通常由四邊棱鏡、重成像光學元件和適當的探測器組成。在這個例子中，我們展示了通過應用VirtualLab Fusion的快速物理光學場跟蹤技術，針對不同類型的像差，對這種金字塔形棱鏡的特征光模式進行建模。
系統構建——光源和檢測器
系統構建模塊——理想化聚焦透鏡
系統構建塊–棱錐棱鏡
系統構建塊-像差組件
模型概述
場追跡結果
像差對波前影響的模擬
展開 TechWiz LCD 1D應用：減反射膜的仿真
最簡單的減反射膜結構是單層減反射膜，其主要是針對特定波長的減反射，主要原理是光波的干涉相消/相長。對于單層減反射膜來說，理想厚度為1/4入射光波長。在本例中，假設了一個折射率為1.5的基板，并且空氣折射率為1
1. 建模任務
1.1基本結構
2. 建模過程
2.1創建材料（TechWiz DB）
2.2創建堆棧結構（TechWiz LCD 1D）
3.查看結果
3.1反射率最小對應厚度為0.1127um，與理論計算結果相符
3.2可以將膜厚與膜層折射率同時作為變量考慮，可見厚度0.1127um，折射率N=1.22時，其反射率最低
3.3可以查看詳細的原始數據，確定反射率的具體數值
展開 
使用VirtualLab Fusion仿真多層雙折射反射偏振器
摘要
多層雙折射反射偏光片在液晶顯示器 (LCD) 應用中具有很大優勢。他們可以回收背光來提高 LCD 的光學效率。在此用例中，我們重現了文獻Li et. al. J. Display T echnol. 5, 335-340 (2009) 中的實驗，探討了 VirtualLab Fusion 中交替雙折射層的數量與布拉格反射條件之間的關系，并進一步研究了反射效率隨不同波長和入射角的變化。
任務描述
多層堆棧的建模
分層介質組件用于對多層疊層進行建模。
A層：雙折射單軸層（BL038）
B層：各向同性層(NOA81)
建立布拉格條件的周期層數
建立布拉格條件的周期層數
多層反射偏振器的建模
多棧方式擴展帶寬
不同入射角反射效率的研究
走進VirtualLab Fusion
VirtualLab Fusion工作流程
? 設置平面波光源
– 基本光源模型 [教程視頻]
? 設置各向異性層組件
– VirtualLab Fusion 中的光學各向異性介質 [用例]
? 使用參數運行研究反射效率隨不同波長和入射角的變化
文件信息
更多閱覽
- Polarization Conversion in Uniaxial Crystals
- Optically Anisotropic Media in VirtualLab Fusion
- Conical Refraction in Biaxial Crystals
展開 TechWiz LCD 1D應用：減反射膜的仿真
最簡單的減反射膜結構是單層減反射膜，其主要是針對特定波長的減反射，主要原理是光波的干涉相消/相長。對于單層減反射膜來說，理想厚度為1/4入射光波長。在本例中，假設了一個折射率為1.5的基板，并且空氣折射率為1
1.建模任務
1.1基本結構
2.建模過程
2.1創建材料（TechWiz DB）
2.2創建堆棧結構（TechWiz LCD 1D）
3.查看結果
3.1反射率最小對應厚度為0.1127um，與理論計算結果相符
3.2可以將膜厚與膜層折射率同時作為變量考慮，可見厚度0.1127um，折射率N=1.22時，其反射率最低
3.3可以查看詳細的原始數據，確定反射率的具體數值
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展開 TechWiz LCD 1D應用：減反射膜圓偏振器的仿真
TechWiz Polar是TechWiz LCD 1D的一個可選模塊。
TechWiz Polar根據各層的相位延遲對偏振狀態進行優化設計和分析。從需要了解偏振光的用戶到顯示行業的專業人士，使用這款軟件都能有很大的幫助。
1. 堆棧結構
堆棧層及層信息
2. 創建材料
在TechWiz DB中創建1/4波片
3. 結構創建
1.1創建一個新的項目文件
1.2導入所創建的材料并創建結構
1.3 進行參數設置
4. 查看模擬結果
□ 運行軟件模擬
□ 在TechWiz Polar Viewer中查看偏振分析、相位延遲及透過率分布等結果
TechWiz LCD 2D應用案例：半透反射式仿真
1.建模任務
1.1 模擬條件
l模擬區域：0~10
l邊界條件：Periodic
l偏移角度：0°
l單位長度：0.5
1.2堆棧結構
2.建模過程
2.1在TechWiz DB中創建材料
2.2根據具體條件需求，在TechWiz LCD 2D中創建堆棧結構，修改模擬條件和各層屬性
3.生成結果
3.1半透反射式2D結構
3.2亮度圖表
