光學元件建模的案例
GLAD中二元光學元件建模
近年來人們開始研究二元光學元件(BOE)在光束整形方面的作用。二元光學元件是在計算機制全息圖和相息圖研究發展的基礎上，利用計算機設計和微電子加工技術研制成的一種高效率的新型光學元件。由于它能靈活控制波前，因此在光束整形方面有著廣泛的應用前景。
二元光學的優點——高衍射效率；獨特的色散性能；更多的設計自由度；寬廣的材料選擇；獨特的光學功能。
圖1表面進行劃分從而形成一個二元光學元件
二元光學器件分為主階次和帶有幾個次階次的連續界面。在二元光學中，每個主階次上的次階次數目通常設置為2、4、8等。GLAD中產生二元光學元件命令如下所示：
binary/lens/surface kbeam xrad yrad level nlevels
int2phase/two kbeam1 kbeam2 [2.*pi*(rindex-1)/lambda]
binary/lens/phasescreen ibeams rindex xrad yrad level nlevels
binary/lens/residual ibeams rindex xrad yrad level nlevels
binary/surface kbeam level nlevels
這些命令執行的是產生二元光學的光柵和透鏡，其二元光學表面可以由binary/surface 命令產生，并直接或者間接依靠 int2phase、int2waves、sfocus起著相位屏的作用。二元光學表面可以圖示為plot的強度項。
binary/surface 命令能夠將任意分布的光場轉化為二元光學器件的面形。
展開 GLAD中二元光學元件建模
二元光學的優點——高衍射效率；獨特的色散性能；更多的設計自由度；寬廣的材料選擇；獨特的光學功能。
通常激光光強分布呈高斯型，而在許多實際應用中，需要將光強分布加以轉換，即光束整形，如呈平頂狀和環狀等。以往人們多用計算全息法實現環形分布，但衍射效率低，難于推廣。近年來人們開始研究二元光學元件(BOE)在光束整形方面的作用。二元光學元件是在計算機制全息圖和相息圖研究發展的基礎上，利用計算機設計和微電子加工技術研制成的一種高效率的新型光學元件。由于它能靈活控制波前，因此在光束整形方面有著廣泛的應用前景。
前言
binary/surface 命令能夠將任意分布的光場轉化為二元光學器件的面形。
這些命令執行的是產生二元光學的光柵和透鏡，其二元光學表面可以由binary/surface 命令產生，并直接或者間接依靠 int2phase、int2waves、sfocus起著相位屏的作用。二元光學表面可以圖示為plot的強度項。
binary/surface kbeam level nlevels
binary/lens/residual ibeams rindex xrad yrad level nlevels
binary/lens/phasescreen ibeams rindex xrad yrad level nlevels
int2phase/two kbeam1 kbeam2 [2.
展開 GLAD中二元光學元件建模
近年來人們開始研究二元光學元件(BOE)在光束整形方面的作用。二元光學元件是在計算機制全息圖和相息圖研究發展的基礎上，利用計算機設計和微電子加工技術研制成的一種高效率的新型光學元件。由于它能靈活控制波前，因此在光束整形方面有著廣泛的應用前景。
二元光學的優點——高衍射效率；獨特的色散性能；更多的設計自由度；寬廣的材料選擇；獨特的光學功能。
圖1表面進行劃分從而形成一個二元光學元件
二元光學器件分為主階次和帶有幾個次階次的連續界面。在二元光學中，每個主階次上的次階次數目通常設置為2、4、8等。GLAD中產生二元光學元件命令如下所示：
binary/lens/surface kbeam xrad yrad level nlevels
int2phase/two kbeam1 kbeam2 [2.*pi*(rindex-1)/lambda]
binary/lens/phasescreen ibeams rindex xrad yrad level nlevels
binary/lens/residual ibeams rindex xrad yrad level nlevels
binary/surface kbeam level nlevels
這些命令執行的是產生二元光學的光柵和透鏡，其二元光學表面可以由binary/surface 命令產生，并直接或者間接依靠 int2phase、int2waves、sfocus起著相位屏的作用。二元光學表面可以圖示為plot的強度項。
binary/surface 命令能夠將任意分布的光場轉化為二元光學器件的面形。
二元光柵表面計算：
這里舉一個二元光柵的例子，它是由二元表面組成，然后對其執行“sfocus”命令。
展開 光機結構設計培訓再次開班！限時特惠五折！
具體安排如下
課程大綱
第一節 三維建模技巧
1、光學元件建模技巧
2、裝配體快速配合
3、組件強化技巧
第二節 光學元件建模實例
1、簡單的照明系統模型
2、拋物面反射器
3、刻面反射器
4、柱狀光導體
5、棱鏡系統
第三節 案例分享
光機數據管理平臺分享
課程信息
課程主題：光機結構設計 SOLIDWORKS 應用
課程形式：線上直播
課程講師：武漢宇熠高級機械工程師
課程時間：2022年 3 月 15 日 - 16日
（下午14：00-17：00）
課程費用：600元（限時特惠5折?? 3月11日 前轉發本條推文至朋友圈集贊
展開 
您是否精通光學制造語言？——簡化光學元件制造流程
"人工智能技術正在對光學元件的制造優化流程進行深度革新，例如俄羅斯ITMO大學1和加拿大拉瓦爾大學2目前所做的研究。
"我們應盡可能地使用“制造鏈調制”這一技術，這樣就不會把時間浪費在可以由軟件完成的人際交流上，"費恩勒強調，"這樣就可以將更多的資源用于技術創新與高風險技術探索當中。"
2. “制造鏈調制”的技術勢能
"通過光學制造鏈調制技術，可在光學設計階段就對透鏡進行可制造性驗證，精準預測量產成本并確定關鍵制造路徑。由費恩勒聯合創立的PanDao軟件，正致力于實現從圖紙到成品的制造鏈智能仿真。"
以制造一款用于成像的75mm直徑礦物玻璃非球面彎月透鏡（背面為球面）為例，PanDao軟件測算顯示，在10,000片批量生產條件下，單件成本為69歐元（圖1）。系統推薦采用磁流變拋光技術加工非球面側，使用數控拋光處理球面側。
圖1.75mm直徑非球面彎月透鏡的制造鏈調制流程示意圖（圖片來源：M.Tinner/ PanDao）
費恩勒堅信PanDao等軟件具備與光學設計軟件進行深度互聯的技術潛力。然而，要實現全制造鏈調制的規模化效益仍需攻克多重挑戰。費恩勒表示，目前商業生產鏈的排序和工作量規劃也在進行構建中。
"下一階段將聚焦于調制工藝系統的復雜度與自動化程度。費恩勒指出：“如果下一階段可以實現，那么就能夠在整個光學系統生成鏈中都使用人工智能來進行輔助設計和規劃：從光學設計到制造，最終應用于生產。”
參考文獻：
1. Livshits I.L., Glebovskyi A.S., Protsuto M.V., Volkova S.L.
展開 您是否精通光學制造語言？——簡化光學元件制造流程
"人工智能技術正在對光學元件的制造優化流程進行深度革新，例如俄羅斯ITMO大學1和加拿大拉瓦爾大學2目前所做的研究。
"我們應盡可能地使用“制造鏈調制”這一技術，這樣就不會把時間浪費在可以由軟件完成的人際交流上，"費恩勒強調，"這樣就可以將更多的資源用于技術創新與高風險技術探索當中。"
2. “制造鏈調制”的技術勢能
"通過光學制造鏈調制技術，可在光學設計階段就對透鏡進行可制造性驗證，精準預測量產成本并確定關鍵制造路徑。由費恩勒聯合創立的PanDao軟件，正致力于實現從圖紙到成品的制造鏈智能仿真。"
以制造一款用于成像的75mm直徑礦物玻璃非球面彎月透鏡（背面為球面）為例，PanDao軟件測算顯示，在10,000片批量生產條件下，單件成本為69歐元（圖1）。系統推薦采用磁流變拋光技術加工非球面側，使用數控拋光處理球面側。
圖1.75mm直徑非球面彎月透鏡的制造鏈調制流程示意圖（圖片來源：M.Tinner/ PanDao）
費恩勒堅信PanDao等軟件具備與光學設計軟件進行深度互聯的技術潛力。然而，要實現全制造鏈調制的規模化效益仍需攻克多重挑戰。費恩勒表示，目前商業生產鏈的排序和工作量規劃也在進行構建中。
"下一階段將聚焦于調制工藝系統的復雜度與自動化程度。費恩勒指出：“如果下一階段可以實現，那么就能夠在整個光學系統生成鏈中都使用人工智能來進行輔助設計和規劃：從光學設計到制造，最終應用于生產。”
參考文獻：
1. Livshits I.L., Glebovskyi A.S., Protsuto M.V., Volkova S.L.
展開 免費線上直播課程 | 光機結構設計 SOLIDWORKS 應用
課程亮點：以設計案例為主、教程講解細致、軟件實操步驟清晰、設置答疑互動環節、課后可領取設計文件
課程大綱
第一節 三維建模技巧
1、光學元件建模技巧
2、裝配體快速配合
3、組件強化技巧
第二節 光學元件建模實例
1、簡單的照明系統模型
2、拋物面反射器
3、刻面反射器
4、柱狀光導體
5、棱鏡系統
第三節 案例分享
· 夏威夷望遠鏡案例分享
課程信息
課程主題：光機結構設計 SOLIDWORKS
衍射光學元件設計
衍射元件在不斷發展的圖案生成領域扮演著重要的角色，其設計需要特定的技術，而這些技術與其他類型的元件所采用的技術大不相同。
在VirtualLab中可以找到用于衍射元件設計和優化的特定技術(如迭代傅里葉變換算法或IFTA)，可通過一個會話編輯器來完成，引導用戶在不太了解該方法的條件下完成設計過程。過程中包含了對設計約束的自動檢查。
用于生成2D光標的衍射光束分束器設計
VirtualLab中的迭代傅里葉變換算法（IFTA）可以高效和靈活地設計定制化光束分束器。
生成LightTrans圖標的衍射擴散器設計
設計了兩個具有連續或離散相位分布的衍射擴散器，以生成LightTrans商標。并對其性能進行了研究。
展開 用于一般光學系統的光柵元件
摘要
光柵是光學中最常用的衍射元件之一。如今，它們經常被用于復雜的系統中，并與其他元件一起工作。在這種情況下，非常需要將光柵不僅僅是作為孤立的元件來模擬，而是與系統的其余部分結合，以評估整個系統性能。VirtualLab Fusion提供了一個獨特的光柵元件，允許在光路中輕松地包含各種不同形狀的光柵，無論是一維周期光柵(層狀)，二維周期光柵，或體(布拉格)光柵。本用例介紹了該元件的功能，包括光柵級次的設置和堆棧的定位。
系統內光柵建模
? 在一般光路中，光柵元件可以插入到系統的任何位置。
? 這使得在一個復雜的系統中對光柵進行建模，并因此評估整個系統的性能成為可能，同時考慮光柵的可能影響。
? 光柵元件可以通過元件 > 單個表面&堆棧 > 光柵找到。
附著光柵堆棧
? 為了描述系統內的光柵，光柵堆棧總是附著在一個虛擬參考面上(僅平面)。
? 元件的大小僅用于在3D光線追跡視圖中顯示；仿真中不考慮孔徑效應。
? 參考面可以在三維系統視圖中可視化，以幫助排列光柵。
? 所應用的光柵結構可以是一維周期(層狀)，也可以是二維周期(交叉光柵)。
堆棧的方向
堆棧的方向可以用兩種方式指定：
它既可以應用在表面的正面，也可以應用在背面(在固體標簽中定義)。
請注意，如果堆棧位于正面，堆棧將繞Z軸旋轉180°。這會影響堆棧的內部坐標系，需要在定義高度輪廓時加以考慮。
基底的處理、菲涅耳損耗和衍射角
? 作為一種慣例，往往忽略基底的影響，例如衍射效率的計算。
展開 自由曲面光學元件的OAM測量
遵循M.P.J.Lavery等人的概念，我們演示了如何在VirtualLab Fusion中使用兩個自定義的自由曲面光學元件來測量OAM。
用自由曲面光學元件測量軌道角動量
我們建立了一個由兩個自由曲面光學元件組成的光學裝置，將軌道角動量轉換為線性角動量，已進行測量。
編程一個變形表面
利用VirtualLab Fusion中的可編程界面，對變形表面進行了編程，給出了表面梯度的解析表達式。
For more information send a message to: support@infotek.com.cn / support@infocrops.comInternet: http://www.infotek.com.cn / http://www.honglun-seminary.com
展開 [NEWSLETTER] 自由曲面光學元件的OAM測量
遵循M.P.J.Lavery等人的概念，我們演示了如何在VirtualLab Fusion中使用兩個自定義的自由曲面光學元件來測量OAM。
用自由曲面光學元件測量軌道角動量
我們建立了一個由兩個自由曲面光學元件組成的光學裝置，將軌道角動量轉換為線性角動量，已進行測量。
編程一個變形表面
利用VirtualLab Fusion中的可編程界面，對變形表面進行了編程，給出了表面梯度的解析表達式。
For more information send a message to: support@infotek.com.cn / support@infocrops.com
展開 
VirtualLab Fusion：用于一般光學系統的光柵元件
摘要
光柵是光學中最常用的衍射元件之一。如今，它們經常被用于復雜的系統中，并與其他元件一起工作。在這種情況下，非常需要將光柵不僅僅是作為孤立的元件來模擬，而是與系統的其余部分結合，以評估整個系統性能。VirtualLab Fusion提供了一個獨特的光柵元件，允許在光路中輕松地包含各種不同形狀的光柵，無論是一維周期光柵(層狀)，二維周期光柵，或體(布拉格)光柵。本用例介紹了該元件的功能，包括光柵級次的設置和堆棧的定位。
系統內光柵建模
□ 在一般光路中，光柵元件可以插入到系統的任何位置。
□ 這使得在一個復雜的系統中對光柵進行建模，并因此評估整個系統的性能成為可能，同時考慮光柵的可能影響。
□ 光柵元件可以通過元件 > 單個表面&堆棧 > 光柵找到。
附著光柵堆棧
□ 為了描述系統內的光柵，光柵堆棧總是附著在一個虛擬參考面上(僅平面)。
□ 元件的大小僅用于在3D光線追跡視圖中顯示；仿真中不考慮孔徑效應。
□ 參考面可以在三維系統視圖中可視化，以幫助排列光柵。
□ 所應用的光柵結構可以是一維周期(層狀)，也可以是二維周期(交叉光柵)。
堆棧的方向
堆棧的方向可以用兩種方式指定：
它既可以應用在表面的正面，也可以應用在背面(在固體標簽中定義)。
請注意，如果堆棧位于正面，堆棧將繞Z軸旋轉180°。這會影響堆棧的內部坐標系，需要在定義高度輪廓時加以考慮。
基底的處理、菲涅耳損耗和衍射角
□ 作為一種慣例，往往忽略基底的影響，例如衍射效率的計算。
□ 然而，任何實際的光柵結構必須建立在基底上，因此，我們使用一個平面元件和中間的自由空間延伸對其進行建模。
□ 平面的建模包括菲涅耳效應(S矩陣求解器)。
展開 TIR Lens 之光學元件設計原則
綜觀以上，TIR Lens 之設計須考量澆口尺寸、分模線等限制，由注塑成型實驗得知，元件之成型優劣取決于熔膠進入澆口之速度與方向。高質量TIR 元件須留意殘留應力影響的效應，利用 Moldex3D分析工具，可協助產品設計與成型參數最適化之驗證。而在噴痕與包封之研究中，實際上還須留意三維充填效應，以減少二次包封及降低翹曲。
圖 1：Moldex3D 分析結果之溫度分布剖面
圖 2：產品因噴泉效應導致噴流痕及氣泡
塑膠光學注塑成型技術與應用發展
精密光學元件制程中最重要的就是要應用到精密元件的注塑成型制作技術，目前對光學元件注塑成型技術的研發，著重精密微注塑成型設備與微光學模具的開發制造。其中尤以微光學模具的開發制造最為關鍵與缺乏。綜合來說，光學精密元件在精密制程方面待開發的關鍵議題，在于微注塑成型機的光學模仁之設計與開發；不僅比傳統注塑成型模具復雜，精度要求也較高，目前較缺乏深入而有系統的研究。唯有在實驗和理論兩方面共同努力，以求更深入的探討，進而建立應用的通則，支援未來光電產業界對相關元件制作技術的掌握，俾可加速臺灣光電產業之技術提升。
注塑成型光學鏡片近來已大量應用于各種電子產品，然而厚度變化大與低殘留應力之要求，提高了鏡片制造的困難度。光學元件在 3C 產品中應用廣泛，無論是成像或非成像，光學元件在手機的相機、平面顯示器的背光模組及 LED 照明等產業需求非常明確，因此光學元件之注塑成型模具設計與分析有其必要性，而且是相關產業發展之關鍵技術。在此產業里不乏老字號的光學廠商。由于近年數位影像產品的市場崛起，光學元件產業與市場方有嶄新的風貌，尤其是數位相機與影像手機的市場快速發展，讓光學元件與鏡頭產業欣欣向榮，呈現有史以來的榮景。
展開 衍射光學元件的產生及其結構數據的輸出
本案例計算從傳輸中得到的衍射光學元件的高度分布和結構數據的產生
關鍵詞：衍射光學，衍射光學元件，結構數據，GDSII，ASCII，位圖
所需工具箱：Diffractive Optics Toolbox Basic；Tutorial在試用版本中不可用。聯系LightTrans或者當地經銷商可申請一段全版本的試用。
相關Tutorials：DO.1; DO.2; DO.3; DO.4; DO.5; DO.7; LBS.1; LBS.2
建模任務
照射光束強度 衍射擴散器 產生的光圖樣強度
建模任務
2 擴散器參數：
—相位層：4
—像素尺寸：830*830nm
—口徑：1*1mm
—周期：664,83*664,83um
2 結構數據輸出為二進制格式
2 需要的高度分布計算
2 蝕刻掩模分解
2 蝕刻掩模輸出為位圖和GDSII文件
打開光學擴散器系統
2 上載文件
DO.008_Generation_of_DOE_Fabrication_Data_01.lpd.
2 文件在VL_Samples文件夾中
光學擴散器系統
2 點擊Go!按鈕開始模擬擴散器系統.
模擬結果
2 擴散器系統產生的光圖樣強度分布
傳輸器提取
2 雙擊光路徑圖中的Stored Transmission打開編輯對話框
傳輸器(transmission)提取
2 點擊Show按鈕顯示光路中的transmission.
展開 用于一般光學系統的光柵元件
摘要
光柵是光學中最常用的衍射元件之一。如今，它們經常被用于復雜的系統中，并與其他元件一起工作。在這種情況下，非常需要將光柵不僅僅是作為孤立的元件來模擬，而是與系統的其余部分結合，以評估整個系統性能。VirtualLab Fusion提供了一個獨特的光柵元件，允許在光路中輕松地包含各種不同形狀的光柵，無論是一維周期光柵(層狀)，二維周期光柵，或體(布拉格)光柵。本用例介紹了該元件的功能，包括光柵級次的設置和堆棧的定位。
系統內光柵建模
? 在一般光路中，光柵元件可以插入到系統的任何位置。
? 這使得在一個復雜的系統中對光柵進行建模，并因此評估整個系統的性能成為可能，同時考慮光柵的可能影響。
? 光柵元件可以通過元件 > 單個表面&堆棧 > 光柵找到。
附著光柵堆棧
? 為了描述系統內的光柵，光柵堆棧總是附著在一個虛擬參考面上(僅平面)。
? 元件的大小僅用于在3D光線追跡視圖中顯示；仿真中不考慮孔徑效應。
? 參考面可以在三維系統視圖中可視化，以幫助排列光柵。
? 所應用的光柵結構可以是一維周期(層狀)，也可以是二維周期(交叉光柵)。 堆棧的方向
堆棧的方向可以用兩種方式指定：
它既可以應用在表面的正面，也可以應用在背面(在固體標簽中定義)。
請注意，如果堆棧位于正面，堆棧將繞Z軸旋轉180°。這會影響堆棧的內部坐標系，需要在定義高度輪廓時加以考慮。 基底的處理、菲涅耳損耗和衍射角
? 作為一種慣例，往往忽略基底的影響，例如衍射效率的計算。
? 然而，任何實際的光柵結構必須建立在基底上，因此，我們使用一個平面元件和中間的自由空間延伸對其進行建模。
? 平面的建模包括菲涅耳效應(S矩陣求解器)。
高級選項和信息
? 在求解器菜單中有幾個高級選項可用。
展開 