液晶透鏡仿真的案例
[TechwizD和TX液晶顯示軟件] TechWiz LCD 2D：液晶透鏡模擬
LC透鏡由于具有體積小、焦距可變等優點，在光學系統中被認為是一個很有前途的研究領域。
由于LC材料的折射率可以通過施加電壓來調節，因此可以在有限的空間內改變焦距。在LC透鏡結構中，可以通過TechWiz Ray 2D進行光程差和焦距的計算，并進行高級LC分析，包括LC指向矢隨外加電壓的分布。
1. 建模任務
1.1 模擬條件
模擬區域：0~200
邊界條件：Periodic
偏移角度：0°
單位長度：0.5
1.2堆棧結構
2. 建模過程
2.1創建堆棧結構
2.2修改各層參數和創建掩膜
3. 結果分析
3.1 延遲和指向矢分布情況
3.2 光線追跡情況
3.3 Screen Map生成
展開 《先進材料》利用液晶聚合物實現低焦比、衍射極限的液晶微透鏡
亞毫米尺度的光學透鏡是各種微型系統中不可或缺的光學元件，廣泛應用于光學互連，光束整形，微型機器人視覺系統，發光二極管顯示，波前傳感，以及虛擬/增強現實等領域。微透鏡可以劃分為折射式和衍射式。對折射式微透鏡，鏡片的球面形狀導致低填充因子和球面相差。衍射式微透鏡依通過微納表面結構產生的相位梯度來改變光學波前，其幾何形狀不受限制，因而更容易實現高的填充因子和低焦比（f-number）. 但是，衍射式透鏡往往需要非常復雜的加工手段實現。透鏡也可以通過設計Pancharatnam-Berry（PB）相位，又叫幾何相位來實現。液晶PB微透鏡的優越性是他的效率可以接近100%，和并且可以實現焦距的可調和開關。一直到最近，液晶PB微透鏡焦比還局限在>10的范圍，透鏡成像質量也沒有達到衍射極限。
近日，肯特州立大學液晶研究所的韋齊和教授所率領的研究組（包括江淼博士，郭玉冰博士，于皓，周子淵，和合作者Taras Turiv， Oleg D. Lavrentovich）成功地展示一個用液晶聚合物設計和制造高質量PB微透鏡的方法。他們利用該課題組開創的等離子基元超掩模板光刻技術，精準控制液晶分子的空間取向來產生所需的PB相位。實驗實現了1.5微米的液晶分子的排列最小周期（對應于液晶分子旋轉180度的距離），這是目前可達到這個分辨率的唯一方法。這保證了低焦比微透鏡所需要的相對較大的相位梯度。韋教授課題組采用液晶聚合物單體分子（RM257）作為原料旋涂到經過光取向的基底上，然后利用光聚合成按照設計方向排列的高分子。每一個液晶PB微透鏡需要經過幾次旋涂-聚合的過程來達到需要的相位延遲。
該文設計并制作了一些列不同尺寸和焦比的液晶PB微透鏡，實現了焦比低至2的微透鏡（對應1.5微米的最小周期）。通過實驗測量和擬合得到的這些微透鏡的點擴散函數表明它們的成像質量都達到了衍射極限。
展開 TechWiz LCD 2D：液晶透鏡模擬
LC透鏡由于具有體積小、焦距可變等優點，在光學系統中被認為是一個很有前途的研究領域。
由于LC材料的折射率可以通過施加電壓來調節，因此可以在有限的空間內改變焦距。在LC透鏡結構中，可以通過TechWiz Ray 2D進行光程差和焦距的計算，并進行高級LC分析，包括LC指向矢隨外加電壓的分布。
1. 建模任務
1.1 模擬條件
模擬區域：0~200
邊界條件：Periodic
偏移角度：0°
單位長度：0.5
1.2堆棧結構
2. 建模過程
2.1創建堆棧結構
2.2修改各層參數和創建掩膜
3. 結果分析
3.1 延遲和指向矢分布情況
3.2 光線追跡情況
3.3 Screen Map生成
展開 TechWiz LCD 2D：液晶透鏡模擬
LC透鏡由于具有體積小、焦距可變等優點，在光學系統中被認為是一個很有前途的研究領域。
由于LC材料的折射率可以通過施加電壓來調節，因此可以在有限的空間內改變焦距。在LC透鏡結構中，可以通過TechWiz Ray 2D進行光程差和焦距的計算，并進行高級LC分析，包括LC指向矢隨外加電壓的分布。
1. 建模任務
1.1 模擬條件
模擬區域：0~200
邊界條件：Periodic
偏移角度：0°
單位長度：0.5
1.2堆棧結構
2. 建模過程
2.1創建堆棧結構
2.2修改各層參數和創建掩膜
3. 結果分析
3.1 延遲和指向矢分布情況
3.2 光線追跡情況
3.3 Screen Map生成
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[TechwizD和TX液晶顯示軟件] Techwiz LCD 2D應用：二維LC透鏡建模分析
摘要
Techwiz LCD 2D新增Lens掩膜結構，可以方便快捷的對LC 透鏡進行建模分析。 LC透鏡由于體積小、焦距可變等優點，被認為是光學系統中一個很有前景的研究領域。在有限的空間內改變焦距是可能的，因為LC材料的折射率可以通過施加電壓來調節。在LC透鏡結構中，可以通過TechWiz LCD 2D進行光程差和焦距的計算，以及包括施加電壓的LC導向分布在內的高級LC分析。
2. 建模流程
1. 增加了生成2D透鏡(Lens)結構的功能。
1） 添加掩膜:
2） 生成透鏡掩膜結構（Taper Model：Lens）
3） 設置“透鏡厚度”、“曲率半徑”和“分層數”
半徑: 輸入鏡頭的曲率半徑。
分層數: 輸入鏡頭的分層數。(隨著層數的增加，曲面變得更像一個圓)
3. 結果分析
光線追跡和LC透鏡焦點分析
展開 混合透鏡仿真
消色差混合目鏡的建模
具有折射和衍射表面的混合光學透鏡已被證明有許多應用。作為一個案例，我們展示了一個此種結構的混合目鏡，即包括折射和衍射表面。案例重點分析了如何利用衍射光學的色散特性來校正色差。自2019年夏季發布以來，VirtualLab Fusion支持從Zemax OpticStudio導入二元表面，這一特性為此類混合鏡頭系統的分析提供了方便的工作流程。
從Zemax OpticStudio導入光學系統
從Zemax OpticStudio導入了一種具有衍射透鏡表面的混合目鏡，用于校正色差，并在VirtualLab Fusion中進行了進一步的分析，主要包括用不同量化方案對實際衍射表面結構進行建模。
VirtualLab Fusion支持從Zemax OpticStudio導入光學系統，包括全三維位置信息和玻璃材料，并為導入系統的進一步研究提供場追跡。
展開 混合透鏡仿真。。。。
具有折射和衍射表面的混合光學透鏡已被證明有許多應用。作為一個案例，我們展示了一個此種結構的混合目鏡，即包括折射和衍射表面。案例重點分析了如何利用衍射光學的色散特性來校正色差。自2019年夏季發布以來，VirtualLab Fusion支持從Zemax OpticStudio導入二元表面，這一特性為此類混合鏡頭系統的分析提供了方便的工作流程。
消色差混合目鏡的建模
從Zemax OpticStudio導入了一種具有衍射透鏡表面的混合目鏡，用于校正色差，并在VirtualLab Fusion中進行了進一步的分析，主要包括用不同量化方案對實際衍射表面結構進行建模。
從Zemax OpticStudio導入光學系統
VirtualLab Fusion支持從Zemax OpticStudio導入光學系統，包括全三維位置信息和玻璃材料，并為導入系統的進一步研究提供場追跡。
了解更多信息請發送消息到：support@infotek.com.cn /support@infocrops.com
網址：http://www.infotek.com.cn / http://www.honglun-seminary.com
展開 光學設計與仿真技術：Lumerical大尺寸超透鏡的光線追跡仿真
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JCMsuite案例展示：微透鏡的仿真分析
該幾何結構由多層襯底構成，襯底為布拉格反射鏡，在襯底頂部有一個微透鏡，量子點位于頂層內：
由布拉格反射鏡組成的微透鏡幾何結構示意圖（旋轉對稱）
入射波長為969nm的近場和遠場圖
下圖展示了球面微透鏡在不同極化方向時，三個偶極子的近場強度和遠場強度（具有不同比例的偽彩色圖）：
x、y、z方向極化偶極子的強度（入射波長969nm,球面微透鏡）
x、y、z方向極化偶極子的遠場上部（空氣中）強度（入射波長969nm,球面微透鏡）
x、y、z方向極化偶極子的遠場下部（基底中）強度（入射波長969nm,球面微透鏡）
參考文獻：
1.M.Gschrey, et al., Highly indistinguishable photons from deterministic quantum-dot micro lenses utilizing three-dimensional in situ electron-beam lithography. Nat. Comm. 6, 7662 (2015).
展開 JCMSuite應用：微透鏡（Micro lens）仿真
該幾何結構由多層襯底構成，襯底為布拉格反射鏡，在襯底頂部有一個微透鏡，量子點位于頂層內：
由布拉格反射鏡組成的微透鏡幾何結構示意圖（旋轉對稱）
入射波長為969nm的近場和遠場圖
下圖展示了球面微透鏡在不同極化方向時，三個偶極子的近場強度和遠場強度（具有不同比例的偽彩色圖）：
x、y、z方向極化偶極子的強度（入射波長969nm,球面微透鏡）
x、y、z方向極化偶極子的遠場上部（空氣中）強度（入射波長969nm,球面微透鏡）
x、y、z方向極化偶極子的遠場下部（基底中）強度（入射波長969nm,球面微透鏡）
參考文獻：
1. M.Gschrey, et al., Highly indistinguishable photons from deterministic quantum-dot micro lenses utilizing three-dimensional in situ electron-beam lithography. Nat. Comm. 6, 7662 (2015).
展開 JCMSuite應用——微透鏡（Micro lens）仿真
該幾何結構由多層襯底構成，襯底為布拉格反射鏡，在襯底頂部有一個微透鏡，量子點位于頂層內：
由布拉格反射鏡組成的微透鏡幾何結構示意圖（旋轉對稱）
入射波長為969nm的近場和遠場圖
下圖展示了球面微透鏡在不同極化方向時，三個偶極子的近場強度和遠場強度（具有不同比例的偽彩色圖）：
x、y、z方向極化偶極子的強度（入射波長969nm,球面微透鏡）
x、y、z方向極化偶極子的遠場上部（空氣中）強度（入射波長969nm,球面微透鏡）
x、y、z方向極化偶極子的遠場下部（基底中）強度（入射波長969nm,球面微透鏡）
參考文獻：
1. M.Gschrey, et al., Highly indistinguishable photons from deterministic quantum-dot micro lenses utilizing three-dimensional in situ electron-beam lithography. Nat. Comm. 6, 7662 (2015).
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VirtualLab Fusion鏡頭設計及衍射分析案例—柱透鏡仿真
像散轉換器的核心組件是柱透鏡，它是只有一個方向有曲率，在另一個方向完全平直的鏡片--就像把圓柱形玻璃切了一片，只在 “母線方向” 具備聚焦 / 發散能力，另一方向對光線 “視而不見”。柱透鏡可以進行非對稱聚焦：只改變光線在單一方向的傳播路徑，比如把發散的激光束 “壓成” 一條線，或把平行光聚焦成直線光斑；焦距從幾毫米到幾百毫米可定制，比如 70mm 焦距的平凸柱面鏡，是激光劃線、條碼掃描的常用款；常用材質為 N-BK7、石英、藍寶石等，可耐受高功率激光，適配不同波長（1064nm、532nm 等）。它常常被用于比如工業生產中在板材上投射精準直線；或者用于激光掃描，配合振鏡實現一維方向的光束壓縮；如眼科儀器中矯正光線，或生化分析儀的光路塑形也有它的身影。它還可以結構光投影中生成線性光斑，輔助三維成像。
柱透鏡的種類
圖2. 柱透鏡的三種結構
如圖2所示，根據柱面鏡表面的類型可以將它分為平凹柱面鏡、平凸柱面鏡和雙凸柱面鏡。單個平凸柱透鏡由一個矩形平面和一個圓柱面構成，前表面分別稱為母線和弧線，根據焦距公式R=f(n-1), f為鏡頭焦距，n為折射率，R為曲率半徑，矢高公式為，W為半弧線寬。這里設置寬度和長度都為20mm，材料為BK7，焦距為100mm，對應的曲率半徑為51.68 mm。可以利用常用的軟件生成鏡頭文件，也可以用VirtualLab Fusion中的Lens Sytem表面編輯的功能進行編輯。
VirtualLab Fusion仿真
VirtualLab Fusion支持導入外部鏡頭文件，導入對應的鏡頭文件后會自動生成一個光路編輯器，如圖3所示。
圖3. 導入外部鏡頭文件生成的光路編輯器
如圖4，點擊編輯表面，可以把對應的Elliptical改成Rectangular，表示從（橢）圓形變為矩形。
展開 FRED案例展示：LED混合準直透鏡仿真
在這個例子中，我們看一個混合準直透鏡的示例。
FRED模型
LED在整個半球上發光，但是大多數照明應用中要求對輸出的光的方向進行控制。一個簡單的正透鏡不足以將大角度光折射成準直光束。為了重新定向所有發射光，可以設計一個混合折射/反射透鏡。混合準直器的一個例子如圖1所示。中央部分由正的軸錐鏡構成，用來折射具有小發射角的光線，外側部分為傾斜的拋物面。該區域利用全內反射來重新定向具有大發射角度的光線。
圖1 放置在LUMILEDS Rebel Amber LED[2]上折射/反射準直透鏡的光線追跡示意圖
為了評估混合透鏡的準直性能，光的強度在距離LED 1m外的探測平面上評估。沒有準直器時，檢測到+/-50° FWHM的強度。添加準直器后，強度顯著地減小到了+/-6° FWHM（圖2）。
圖2a 來自LUMILEDS Rebel Amber LED沒有混合準直透鏡的強度
圖2b來自LUMILEDS Rebel Amber LED具有混合準直透鏡的強度
[1] “New Report Explores the Global Industrial and Commercial LED Lighting Market to Be Propelled by Government Prohibition on the Use of Incandescent Lamps.” WhaTech. September 28, 2015. Accessed September 29, 2015.
展開 JCMSuite應用——微透鏡（Micro lens）仿真
該幾何結構由多層襯底構成，襯底為布拉格反射鏡，在襯底頂部有一個微透鏡，量子點位于頂層內： 由布拉格反射鏡組成的微透鏡幾何結構示意圖（旋轉對稱） 入射波長為969nm的近場和遠場圖
下圖展示了球面微透鏡在不同極化方向時，三個偶極子的近場強度和遠場強度（具有不同比例的偽彩色圖）：
x、y、z方向極化偶極子的強度（入射波長969nm,球面微透鏡）
x、y、z方向極化偶極子的遠場上部（空氣中）強度（入射波長969nm,球面微透鏡）
x、y、z方向極化偶極子的遠場下部（基底中）強度（入射波長969nm,球面微透鏡）
參考文獻：1. M.Gschrey, et al., Highly indistinguishable photons from deterministic quantum-dot micro lenses utilizing three-dimensional in situ electron-beam lithography. Nat. Comm. 6, 7662 (2015).
展開 Lumerical 大尺寸超透鏡的光線追跡仿真
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