光學建模與仿真的案例
面向光柵薄膜光學性能探究的Rsoft建模與仿真
光柵薄膜被廣泛運用于光伏發電，光學薄膜和減反射涂層的場景中。不同的光柵尺寸設置可以達到不同的減反射效果。本案利用Rsoft軟件介紹光柵薄膜的建模與仿真。
1. 新建仿真模塊
Simulation tool選擇DiffractionMOD，即衍射模塊求解工具。由于目標模型是周期性光柵結構，一次仿真Dimension選擇2D。
2. 添加模型結構幾何體
點擊segment后在需要建立的位置畫出該幾何體的大致樣子，主要是確定幾何體的兩個端位置。
右擊生成的幾何體，具體編輯其尺寸和材料屬性。在模塊尚未引入任何材料的前提下，需要添加接下來使用的材料。點擊Materials控件，進入編輯材料。
本模型中光柵基底為Si材料，光柵為InP材料，因此需要在材料庫中查詢半導體材料。雙擊semiconductor后展開材料庫，依次點擊選擇InP和Si后，點擊右方Use Material，將兩種材料引入模型。
在幾何體上依次編輯材料下拉框選擇屬性。
材料屬性定義完成后繼續定義幾何體尺寸。
*注意Rsoft軟件中長度單位默認為um。
3. 定義全局變量
在Rsoft中，一種方便確定各數值大小的方法是定義全局變量，使用全局變量進行數值大小確定，在依賴性較強的設置中非常實用。
點擊Edit Symbols，添加變量名稱和數值。
點擊New symbol后編輯變量名稱name和表達式。這里需要定義光柵常數即用period周期值表示，本案中設為1um。
4. 設定光柵和基底的寬度
同樣分別右擊光柵和基底，在Component Width中輸入該式。注意本案中光柵常數為1um，光柵寬為0.5um。
展開 將超透鏡建模集成到多尺度光學系統仿真中（Frank Wyrowski教授）
除了理論概念的探討之外，本文章還將包含多個仿真和設計示例。在結束這段介紹時，我們希望強調，LightTrans International 在平面透鏡（包括超透鏡（metalenses））的重要性問題上保持中立立場。我們的使命是為您提供強大的軟件工具，使您能夠在工作中探索平面透鏡技術的意義和應用。
圖1：幻燈片#6
第二章
多尺度的光學仿真
幻燈片 #9–10
超表面（Metasurfaces）利用具有高折射率的納米結構（通常稱為meta-atoms或者metacells），排列在折射率較低的基底上。這一方法早已被提出 [2]，但近年來再次引起廣泛關注 [3]。如果希望對該領域有初步深入的了解，建議閱讀 Lalanne 和 Chavel 撰寫的綜述文章 [4]。此外，還推薦 Yang Fan 等人 撰寫的教程 [6]，其中包含大量補充參考資料。
幻燈片 #11–12
由于超表面（metasurfaces）由納米結構組成，顯然幾何光學方法并不適用。相反，必須采用基于麥克斯韋方程組（Maxwell’s equations）的電磁場理論，即通常所稱的物理光學（physical optics）。因此，在透鏡系統中整合超透鏡（metalenses）或其他平面透鏡，與傳統透鏡曲面及其他光學元件結合，會形成一個多尺度系統（multiscale system）。這就需要一種跨尺度的光學建模方法，通常稱為多尺度光學仿真（multiscale optical simulation）。簡單來說，必須強調的是：多尺度仿真無法僅通過數據接口將多個光學軟件工具連接在一起實現。相反，它需要一個全面的策略，基于高階物理光學理論，為光學軟件提供堅實的理論基礎。對不同尺度的光學系統進行建模，需要在統一的物理光學框架內集成多種不同的仿真模型。
展開 光 · 學堂 | VirtualLab Fusion微納光學設計|光柵與超表面建模及仿真（深圳場）2026/5/28-5/29
授課時間：：2026/5/28（四）-5/29（五）（各城市并行開課）
課程時數：2天/城市
授課地點：深圳市光明區鳳凰街道尚智科技園1棟B座1503
課程講師：訊技光電工程師隊
課程費用：3600RMB/1人次
(課程包含課程材料費、開票稅金、午餐費)
課程簡介
Course Introduction
光柵是現代光學系統中最為常用的一種衍射光學元件。隨著制作工藝的不斷提升，光柵的尺寸也越做越小。相應地，光柵分析必須使用基于矢量電磁場原理的方法。本課程使用光之數字模型平臺VirtualLab Fusion，介紹如何使用傅里葉模態法對光柵進行嚴格精確的仿真。課程涵蓋的光柵示例既有表面型光柵，也有全息型體光柵，例如傾斜光柵、閃耀光柵、用于光學超透鏡的Nanopillar結構等。此外還會介紹超表面的設計和參數優化和大角度超光柵仿真。該課程無需軟件基礎。
展開 VirtualLabFusion多元化光學仿真平臺
多元化光學仿真平臺的仿真原理
VirtualLab Fusion 多元化光學仿真平臺的解決方案
VirtualLab Fusion的用戶受益于其在不斷增長的應用范圍內的突破性技術，包括但不限于以下解決方案:
?透鏡系統
?激光系統和fs/as脈沖
?光纖耦合
?衍射光學
?光柵& Metasurfaces
?微透鏡陣列
?擴散片和DOEs
?AR / VR / XR眼鏡
?散射
?干涉
VirtualLab Fusion多元化光學仿真平臺的靈活性建模
基于其獨創性的技術，VirtualLab Fusion在光源、元件和探測器的建模方面具有無與倫比的靈活性。?光源的建模包括但不限于激光，LEDs, LDs, VCSELs，熱光源，x射線源和超短脈沖。?元件的建模包括但不限于折射透鏡、自由曲面、菲涅耳透鏡、Pancake 透鏡、GRIN透鏡、超透鏡、光柵、DOEs、晶體、光闌、棱鏡、纖維、光纖、擴散器、微透鏡陣列和SLMs。?探測器的建模包括但不限于像差，PSF/MTF，光束參數，輻照度，光度測定法，比色法和超短脈沖診斷。在波導AR模型的眼箱中模擬光瞳中的光分布以及由此產生的MTF。仿真結果包括光源的時間相干性分析和波導內部的衍射分析。
VirtualLab Fusion多元化光學仿真平臺的分布式計算
多核仿真技術
VirtualLab Fusion具有許多交互性的仿真技術以及將這些技術鏈接起來的平臺。在技術選擇上，它提供了更準確以及更快速的模擬結果。通過結合并行化算法與多核計算機，可以進一步提高仿真速度。在VirtualLab Fusion中，大多數仿真算法支持并行處理，且能受益于多核計算機。接下來將展示VirtualLab Fusion的多核計算是如何顯著提高仿真速度。
展開 
光學設計中的光學加工鏈建模
Oliver Faehnle1,
OST – Applied University of Sciences, Buchs, Switzerland,
摘要：本文描述了對給定的光學設計進行調控和仿真的策略，以及沿制造鏈應用的最佳光學制造技術集（OFT）。這樣，就可以在光學設計階段進行成本影響分析，從而優化設計，降低制造成本和風險。
1.簡介
在現代光學系統中，隨著技術的快速多樣化和專業化，我們面臨著在高度專業化的個人、過程和機器之間進行可靠通信的需要。從最初的想法到最終的光學系統，一般會涉及四個方面：從（a）想要將光用作工具的客戶開始，然后是（b）將應用參數轉化為光學系統布局的光學系統設計師，到（c）將光學系統的參數和公差轉化為優化制造鏈的光學制造鏈設計師，最終將其移交給（d）生產制造。雖然光學設計軟件工具可以很好地支持客戶和光學系統設計師之間的交流，但光學系統設計師和光學制造鏈設計師之間的交流至今仍然完全基于人與人的交互。這種交互方式是光學系統制造過程中最后的主要障礙之一，因為它基于個人判斷，不是確定性的，在很大程度上取決于人的經驗和談判。與所有設計和生產系統一樣，大部分生產成本是在設計階段確定的。特別是在光學制造中，設計參數對生產成本的影響是巨大的，因為有各種各樣的制造技術可供選擇。因此，在工業上，強烈需要能夠通過調控光學制造鏈，以實現確定性、可預測性和優化的制造鏈布局、成本和交付時間。
展開 光學設計中的光學加工鏈建模
Oliver Faehnle1,
OST – Applied University of Sciences, Buchs, Switzerland,
摘要：本文描述了對給定的光學設計進行調控和仿真的策略，以及沿制造鏈應用的最佳光學制造技術集（OFT）。這樣，就可以在光學設計階段進行成本影響分析，從而優化設計，降低制造成本和風險。
1.簡介
在現代光學系統中，隨著技術的快速多樣化和專業化，我們面臨著在高度專業化的個人、過程和機器之間進行可靠通信的需要。從最初的想法到最終的光學系統，一般會涉及四個方面：從（a）想要將光用作工具的客戶開始，然后是（b）將應用參數轉化為光學系統布局的光學系統設計師，到（c）將光學系統的參數和公差轉化為優化制造鏈的光學制造鏈設計師，最終將其移交給（d）生產制造。雖然光學設計軟件工具可以很好地支持客戶和光學系統設計師之間的交流，但光學系統設計師和光學制造鏈設計師之間的交流至今仍然完全基于人與人的交互。這種交互方式是光學系統制造過程中最后的主要障礙之一，因為它基于個人判斷，不是確定性的，在很大程度上取決于人的經驗和談判。與所有設計和生產系統一樣，大部分生產成本是在設計階段確定的。特別是在光學制造中，設計參數對生產成本的影響是巨大的，因為有各種各樣的制造技術可供選擇。因此，在工業上，強烈需要能夠通過調控光學制造鏈，以實現確定性、可預測性和優化的制造鏈布局、成本和交付時間。
展開 光學設計中的光學加工鏈建模
Oliver Faehnle1,
OST – Applied University of Sciences, Buchs, Switzerland,
摘要：本文描述了對給定的光學設計進行調控和仿真的策略，以及沿制造鏈應用的最佳光學制造技術集（OFT）。這樣，就可以在光學設計階段進行成本影響分析，從而優化設計，降低制造成本和風險。
1. 簡介
在現代光學系統中，隨著技術的快速多樣化和專業化，我們面臨著在高度專業化的個人、過程和機器之間進行可靠通信的需要。從最初的想法到最終的光學系統，一般會涉及四個方面：從（a）想要將光用作工具的客戶開始，然后是（b）將應用參數轉化為光學系統布局的光學系統設計師，到（c）將光學系統的參數和公差轉化為優化制造鏈的光學制造鏈設計師，最終將其移交給（d）生產制造。雖然光學設計軟件工具可以很好地支持客戶和光學系統設計師之間的交流，但光學系統設計師和光學制造鏈設計師之間的交流至今仍然完全基于人與人的交互。這種交互方式是光學系統制造過程中最后的主要障礙之一，因為它基于個人判斷，不是確定性的，在很大程度上取決于人的經驗和談判。與所有設計和生產系統一樣，大部分生產成本是在設計階段確定的。特別是在光學制造中，設計參數對生產成本的影響是巨大的，因為有各種各樣的制造技術可供選擇。因此，在工業上，強烈需要能夠通過調控光學制造鏈，以實現確定性、可預測性和優化的制造鏈布局、成本和交付時間。
2.
展開 干涉檢測中條紋仿真失真？OAS光學軟件案例精準解困
馬赫曾德干涉儀-Z案例分析
簡介
馬赫曾德干涉儀作為經典的分波前干涉裝置，廣泛應用于光學檢測、精密測量、光通信等領域，其核心功能是通過光束分束、反射、合束產生干涉條紋，實現對介質折射率、光路相位差、物體微小形變等物理量的精準測量。OAS 光學軟件憑借強大的光束追跡能力、高精度仿真引擎及可視化功能，可高效完成馬赫曾德干涉儀的光路建模、參數優化與干涉效果模擬，為相關領域的研發設計提供可靠的仿真工具。
案例設置與操作
模型構建
采用 50/50 透反比組件，將入射光束分為兩束振幅相等的透射光與反射光；配置兩片高反射率反射鏡，分別引導兩束光沿不同光路傳播，通過調整反射鏡角度控制光程差；在合束光傳播路徑末端設置探測平面，定義平面尺寸、像素分辨率，確保干涉條紋細節清晰捕捉。
參數設置
基于 OAS 軟件的柔性光源建模模塊，選擇高斯光束類型，嚴格輸入核心參數：束腰半徑 250μm、中心波長 0.6328μm，同時設置光束發散角、偏振方向等輔助參數，確保光源模型與實際物理光源高度一致。OAS 支持多類型光源自定義，可通過參數化輸入快速匹配不同應用場景的光源需求。
性能優化
利用 OAS 軟件的光線追跡算法，設置高精度模式追跡，啟用相位追跡功能，同時配置光線采樣數量與傳播步長，平衡仿真效率與結果精度。
馬赫曾德干涉儀-Z的三維追跡圖
馬赫曾德干涉儀-Z的探測器結果圖
總結
本項目通過 OAS 光學軟件的精準建模、仿真分析與優化功能，成功解決了馬赫曾德干涉儀-Z設計難題，OAS 光學軟件可為光學干涉儀、激光器、光通信模塊等各類光學系統提供一站式仿真解決方案，助力科研機構與企業提升研發效率、降低實驗成本。
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 跨平臺光學建模與設計
VLF和Python的跨平臺仿真
物理光學軟件VirtualLab Fusion構建了一個可組合不同的內置和自定義場解算器的平臺，實現了快速的物理光學仿真和設計，并嵌入了光線追跡。這種多解算器的概念使跨平臺方法成為了可能，即可從外部訪問VirtualLab Fusion。在兩個例子中，我們演示了與Matlab和Python的交互。 通過這種方式，可以使用來自其他程序或編程語言的工具和算法來擴展模擬、優化、設計和后處理的選項。
我們演示了如何使用Python訪問VirtualLab Fusion中的場解算器，并將它們與Python函數一起使用以進行進一步分析。
VirtualLab Fusion及其場解算器也可以使用MATLAB訪問。 將演示使用MATLAB和VirtualLab Fusion進行光柵分析和優化的示例。
展開 [NEWSLETTER] 光學標準具的建模
光學標準具在具有簡單結構的透明板中可以形成法布里-珀羅諧振器(Fabry-Pérot resonators)，并用于光譜和/或角譜選擇。 VirtualLab Fusion中的非序列場追跡技術可以對不同類型的標準具進行精確建模，其中包括平面或曲面和涂層。作為典型應用，我們展示了以標準具為關鍵部件檢測鈉D線的光學設置。
具有平面或曲面的標準具的建模
我們設置了具有平面和曲面的光學標準具，并使用非序列場追跡技術，研究了干涉條紋的差異。
用標準具檢測鈉D線
為了測量VirtualLab Fusion中的鈉D線，我們建立了一個帶有二氧化硅間隔標準具的光學計量系統，并研究了涂層反射率的影響。
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 光學制造過程建模
Petersburg, Russia
摘要
PanDao項目作為全球首款同類軟件工具，其最新進展報告顯示：該工具能夠在設計階段確定所需的最佳光學制造鏈，對透鏡設計進行優化，以此實現最低成本與最佳可生產性的雙重目標。
1. 簡介
《牛津詞典》將光定義為來自太陽、燈具等的能量，使人能夠觀察到物體。為達到有效觀測，需要構建不同層級的光學系統——從袖珍手電筒到航海燈塔，或從簡易放大鏡到尖端光刻成像系統。光學系統的生成是一個四階段多方協同的過程：始于 (a)終端客戶（以光為工具的應用需求方，定義MTF、圖像分辨率、信噪比等應用參數），繼由 (b)光學系統設計師將應用參數轉化為光學系統架構，并依據ISO10110標準明確光學元件參數（如玻璃類型、面形精度、公差等級）。隨后，(c)光學制造鏈設計師將光學系統參數與公差轉化為優化后的制造工藝鏈，并最終移交給(d)生產部門，負責設備配置、工藝實施、人員培訓，并依據客戶與設計師在成本、產能及質量方面的要求進行光學系統制造。雖然光學設計軟件工具可以很好地支持客戶和光學系統設計師之間的交流，但光學系統設計師和光學制造鏈設計師之間的交流至今仍然完全基于人與人的交互。這種交互方式是光學系統制造過程中最后的主要障礙之一，因為它基于個人判斷，不是確定性的，在很大程度上取決于人的經驗和談判。與所有設計和生產系統一樣，大部分生產成本是在設計階段確定的。特別是在光學制造中，設計參數對生產成本的影響是巨大的，因為有各種各樣的制造技術可供選擇。因此，在工業上，強烈需要一種方式能夠通過調控光學制造鏈，以構建確定的、可預測的且成本與交付時間最優化的制造鏈布局。
2.
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
—
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
—
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 光學制造過程建模
Petersburg, Russia
摘要
PanDao項目作為全球首款同類軟件工具，其最新進展報告顯示：該工具能夠在設計階段確定所需的最佳光學制造鏈，對透鏡設計進行優化，以此實現最低成本與最佳可生產性的雙重目標。
1. 簡介
《牛津詞典》將光定義為來自太陽、燈具等的能量，使人能夠觀察到物體。為達到有效觀測，需要構建不同層級的光學系統——從袖珍手電筒到航海燈塔，或從簡易放大鏡到尖端光刻成像系統。光學系統的生成是一個四階段多方協同的過程：始于 (a)終端客戶（以光為工具的應用需求方，定義MTF、圖像分辨率、信噪比等應用參數），繼由 (b)光學系統設計師將應用參數轉化為光學系統架構，并依據ISO10110標準明確光學元件參數（如玻璃類型、面形精度、公差等級）。隨后，(c)光學制造鏈設計師將光學系統參數與公差轉化為優化后的制造工藝鏈，并最終移交給(d)生產部門，負責設備配置、工藝實施、人員培訓，并依據客戶與設計師在成本、產能及質量方面的要求進行光學系統制造。雖然光學設計軟件工具可以很好地支持客戶和光學系統設計師之間的交流，但光學系統設計師和光學制造鏈設計師之間的交流至今仍然完全基于人與人的交互。這種交互方式是光學系統制造過程中最后的主要障礙之一，因為它基于個人判斷，不是確定性的，在很大程度上取決于人的經驗和談判。與所有設計和生產系統一樣，大部分生產成本是在設計階段確定的。特別是在光學制造中，設計參數對生產成本的影響是巨大的，因為有各種各樣的制造技術可供選擇。因此，在工業上，強烈需要一種方式能夠通過調控光學制造鏈，以構建確定的、可預測的且成本與交付時間最優化的制造鏈布局。
2.
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