高NA成像仿真的案例
用于高NA顯微鏡成像的工程化PSF
顯微成像技術在最近的幾十年中得到迅速發展。 PSF（點擴散函數）通常不是像平面上的艾里斑。當對沿縱軸定向的偶極子源進行成像時，可以設計出一個甜甜圈形狀。 我們在VirtualLab Fusion中證明，當偶極子源的方向發生變化時，會獲得不同的非對稱PSF（不是艾里斑）。 此外，可通過在顯微鏡系統的光瞳平面中插入一定的相位掩模來獲得雙螺旋PSF [Ginni Grover et al., Opt. Exp. 2012]。通過這種工程化的PSF，甚至可以觀察到物體的微小散焦，即與傳統的成像方法相比，可以大大提高軸向分辨率。 我們通過在VirtualLab Fusion中應用商業顯微鏡鏡頭（Nikon）系統來演示此現象。
使用高NA顯微鏡系統分析偶極子源的PSF
在VirtualLab Fusion中，可以直接分析偶極子源的PSF。 該實驗證明了當偶極子源的方向改變時，PSF具有不同的形狀。
用于3D成像顯微鏡的雙螺旋PSF
在VirtualLab Fusion中，通過在高NA顯微鏡系統的光瞳平面中插入相位掩模，以簡單快捷的方式分析雙螺旋PSF。 結果表明，即使只有一點散焦（?130 nm）的物點，雙螺旋PSF也會有旋轉。
展開 高NA傅里葉顯微鏡單分子成像
走進VirtualLab Fusion
VirtualLab Fusion的工作流程
? 從Zemax OpticStudio?導入透鏡系統
- 從Zemax導入光學系統 [用例]
? 分析實際透鏡系統的成像性能
- 分析高NA物鏡聚焦 [用例]
VirtualLab Fusion技術
文件信息
延伸閱讀
- 分析高NA物鏡聚焦
- 通過瑞利標準對顯微鏡物鏡進行分辨率研究
用于高NA顯微鏡成像的工程化PSF
顯微成像技術在最近的幾十年中得到迅速發展。 PSF（點擴散函數）通常不是像平面上的艾里斑。當對沿縱軸定向的偶極子源進行成像時，可以設計出一個甜甜圈形狀。 我們在VirtualLab Fusion中證明，當偶極子源的方向發生變化時，會獲得不同的非對稱PSF（不是艾里斑）。 此外，可通過在顯微鏡系統的光瞳平面中插入一定的相位掩模來獲得雙螺旋PSF [Ginni Grover et al., Opt. Exp. 2012]。通過這種工程化的PSF，甚至可以觀察到物體的微小散焦，即與傳統的成像方法相比，可以大大提高軸向分辨率。 我們通過在VirtualLab Fusion中應用商業顯微鏡鏡頭（Nikon）系統來演示此現象。
使用高NA顯微鏡系統分析偶極子源的PSF
在VirtualLab Fusion中，可以直接分析偶極子源的PSF。 該實驗證明了當偶極子源的方向改變時，PSF具有不同的形狀。
用于3D成像顯微鏡的雙螺旋PSF
在VirtualLab Fusion中，通過在高NA顯微鏡系統的光瞳平面中插入相位掩模，以簡單快捷的方式分析雙螺旋PSF。 結果表明，即使只有一點散焦（?130 nm）的物點，雙螺旋PSF也會有旋轉。
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展開 高NA顯微鏡系統的離軸成像分析
摘要
成像系統的離軸PSF經常受到由應用的光學部件（例如顯微鏡系統）引入的像差的影響。因此，焦點并不像理想預期的那樣對偏移完全不變。
VirtualLab Fusion提供了一種快速方便的方法，可以使用高NA顯微鏡檢查光傳播和離軸成像的PSF。該用例演示了具有不同橫向偏移距離的離軸物點的成像，來檢查像差的影響。
建模任務
建模技術的單平臺互操作性
光在系統中傳播時會遇到不同的組件并與之相互作用。對于系統的這些元件中的每一個，都需要在精度和速度之間提供良好折衷的合適模型：
連接建模技術：自由空間傳播
連接建模技術：物鏡
透鏡系統組件
連接建模技術：管狀透鏡
連接建模技術：探測器
探測器的自動橫向定位
探測器的自動縱向定位
系統概述
具有橫向位移的焦平面上的輻照度
深入技術：附件探測量
對于這個用例，我們只測量焦斑的輻照度。盡管可以通過添加更多的探測器附加組件來計算額外的物理量，如照度、輻射通量等。
然而，在這種特定的用例中——為了避免錯誤消息——有必要稍微調整Parameter Coupling的可編程片段，如下所示。其背后的原因是，用于計算焦平面的算法基于Ray Result Profile引擎，該引擎與大多數計算物理量的探測器插件不兼容，因此需要為參數耦合算法禁用它們。
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用于高NA顯微鏡成像的工程化PSF
顯微成像技術在最近的幾十年中得到迅速發展。 PSF（點擴散函數）通常不是像平面上的艾里斑。當對沿縱軸定向的偶極子源進行成像時，可以設計出一個甜甜圈形狀。 我們在VirtualLab Fusion中證明，當偶極子源的方向發生變化時，會獲得不同的非對稱PSF（不是艾里斑）。 此外，可通過在顯微鏡系統的光瞳平面中插入一定的相位掩模來獲得雙螺旋PSF [Ginni Grover et al., Opt. Exp. 2012]。通過這種工程化的PSF，甚至可以觀察到物體的微小散焦，即與傳統的成像方法相比，可以大大提高軸向分辨率。 我們通過在VirtualLab Fusion中應用商業顯微鏡鏡頭（Nikon）系統來演示此現象。
使用高NA顯微鏡系統分析偶極子源的PSF
在VirtualLab Fusion中，可以直接分析偶極子源的PSF。 該實驗證明了當偶極子源的方向改變時，PSF具有不同的形狀。
用于3D成像顯微鏡的雙螺旋PSF
在VirtualLab Fusion中，通過在高NA顯微鏡系統的光瞳平面中插入相位掩模，以簡單快捷的方式分析雙螺旋PSF。 結果表明，即使只有一點散焦（?130 nm）的物點，雙螺旋PSF也會有旋轉。
展開 VirtualLab：高NA傅里葉單分子成像顯微鏡
1.摘要
傅里葉顯微術廣泛應用于單分子成像、表面等離子體觀測、光子晶體成像等領域。它使直接觀察空間頻率分布成為可能。在高NA傅里葉顯微鏡中，不同的效應(每個透鏡表面上角度相關的菲涅耳損耗、衍射等)會影響單個分子最終獲得的圖像質量。快速物理光學軟件VirtualLab Fusion可以使用其強大的場追跡引擎對整個系統進行建模，包括菲涅耳損耗和孔徑衍射效應。本文給出了一個案例，并將仿真結果與文獻中的實驗結果進行了比較。
2.建模任務
3.系統構建模塊:偶極子源
可編程光源允許指定任意橫向場分布。在我們的例子中，我們指定了偶極子產生的場。
偶極子源發射一個局部偏振場（意味著 Ex 和 Ey 分量的空間分布在源平面根本不同，因此不能用單個函數來表示）。
為了準確地模擬偏振特性，我們采用了多光源，它允許我們為不同的分量定義不同的形貌。
4.系統構建模塊:物鏡
5.系統構建模塊：管透鏡 & 伯蘭特鏡頭
6.建模總結
7.傅里葉平面上的圖像
8.方向[0,1,0]的仿真對比
為了進一步研究物理效應，我們采用偶極取向[0,1,0]，并將得到的結果與實驗測量結果進行了比較[Ju?kaitis，施普林格US，(2006)]。藍色和綠色曲線取自模擬結果對應的一維截面。理想情況(忽略衍射)的截面參考用紅色表示。參考曲線數據通過參考文獻中給出的公式進行解析計算，最后導入VirtualLab Fusion。
展開 [VirtualLab] 高NA傅里葉顯微鏡單分子成像
走進VirtualLab Fusion
VirtualLab Fusion的工作流程
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- 從Zemax導入光學系統 [用例]
? 分析實際透鏡系統的成像性能
- 分析高NA物鏡聚焦 [用例]
VirtualLab Fusion技術
文件信息
延伸閱讀
- 分析高NA物鏡聚焦
- 通過瑞利標準對顯微鏡物鏡進行分辨率研究
高NA傅里葉顯微鏡單分子成像
摘要 傅里葉顯微鏡廣泛應用于單分子成像、表面等離子體觀察、光子晶體成像等領域，它使得直接觀測空間頻率分布成為可能。單分子的成像質量取決于高NA 傅里葉顯微鏡系統，例如，在復雜透鏡系統中，每個光學界面的角度相關的菲涅耳損耗和孔徑的衍射。VirtualLab Fusion可以在考慮菲涅耳損耗和孔徑衍射效應的情況下對整個系統進行建模。文中給出了一個案例，并與文獻中的實驗結果進行了比較。
建模任務
在傅里葉平面上成像
在傅里葉平面上成像
方向[0,1,0]的理想vs實驗以及理想vs仿真
? 理想：由 ???? = cos??, ???? = sec?? 計算[Ju?kaitis, Springer US, (2006)] ? 實驗：衍射光闌在傅里葉平面上產生能量密度的波紋。理想模型(紅色曲線)和實驗(黑色曲線)的區別是雙重的：菲涅耳損耗和衍射。 ? 仿真：物理光學考慮菲涅耳損耗和物鏡孔徑的衍射，導致在傅里葉平面上產生波紋，與實驗結果吻合較好。
紅色的曲線來自理想系統；黑色曲線來自實驗；藍色和綠色的曲線是從之前的幻燈片中提取的仿真輪廓的相應顏色。 走進VirtualLab Fusion
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展開 [NEWSLETTER] 高NA顯微鏡系統的離軸成像分析
摘要
成像系統的離軸PSF經常受到由應用的光學部件（例如顯微鏡系統）引入的像差的影響。因此，焦點并不像理想預期的那樣對偏移完全不變。
VirtualLab Fusion提供了一種快速方便的方法，可以使用高NA顯微鏡檢查光傳播和離軸成像的PSF。該用例演示了具有不同橫向偏移距離的離軸物點的成像，來檢查像差的影響。
建模任務
建模技術的單平臺互操作性
光在系統中傳播時會遇到不同的組件并與之相互作用。對于系統的這些元件中的每一個，都需要在精度和速度之間提供良好折衷的合適模型：
連接建模技術：自由空間傳播
連接建模技術：物鏡
透鏡系統組件
連接建模技術：管狀透鏡
連接建模技術：探測器
探測器的自動橫向定位
探測器的自動縱向定位
系統概述
具有橫向位移的焦平面上的輻照度
深入技術：附件探測量
對于這個用例，我們只測量焦斑的輻照度。盡管可以通過添加更多的探測器附加組件來計算額外的物理量，如照度、輻射通量等。
然而，在這種特定的用例中——為了避免錯誤消息——有必要稍微調整Parameter Coupling的可編程片段，如下所示。
展開 OAS 軟件仿真實現高性能成像
性能優化
通過 OAS 專項功能針對性解決紅外物鏡傳統設計痛點：針對紅外波段像差校正難題，啟用軟件像差自動校正與多配置優化算法，結合 MTF、點列圖、波前圖等分析工具，優化透鏡面形參數與紅外光學材料組合，實現色差、球差的精準抑制，邊緣視場成像清晰度顯著提升；
針對紅外雜散光干擾問題，利用 OAS 雜散光分析模塊，識別透鏡表面反射、鏡筒內壁散射及紅外熱輻射等干擾源，優化遮光結構設計并增設消雜光涂層，大幅降低雜散光對成像的影響；針對環境適應性弱問題，通過 OAS 光機熱耦合仿真，迭代優化透鏡與鏡筒的材料匹配及結構設計，有效抵消溫度變化帶來的結構變形，保障全溫域下的成像穩定性。
紅外物鏡
惠更斯PSF
點列圖
波像差圖
總結
本案例通過 OAS 光學軟件的光機熱一體化建模、多目標像差校正與雜散光優化功能，成功突破傳統紅外物鏡的設計瓶頸，實現了高分辨率、強環境適應性的紅外物鏡方案設計。相較于傳統設計流程，OAS 的跨尺度仿真能力大幅縮短了研發周期，降低了原型制作與測試成本，驗證了方案的可靠性與實用性。該方案為紅外物鏡的性能升級與場景化應用提供了高效、精準的技術支撐，助力紅外成像系統在各領域的技術迭代與應用拓展。
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