近場光學分析的案例
VirtualLab運用：線性正弦光柵的的近場和效率分析
本示例演示了VirtuaLab分析光柵的基本功能
摘要：
VirtualLab (VL) 為用戶提供了一個好的指導方法以用于創建光學系統來對期望的光柵進行分析。
該案例主要對一個線性正弦光柵(周期在一個方向)的近場和透射衍射級次的效率進行了基礎研究。
兩種不同周期線性正弦光柵結果的對比:
光柵周期遠大于波長
光柵周期在波長范圍
建模任務
多次反射
■ 傅里葉模態方法是一種嚴格的方法，它考慮了光柵元件內部多次反射。
■ 光柵工具箱通常默認輸入光為無限擴展的平面波。
■ 對于這樣的無限平面波，其相應的多次反射效應會對結果產生不同的影響，當輸入光尺寸有限時，其多重反射效應消退的更明顯。因此在某些情況下，我們希望忽略這些多次反射。
■ 例如，如果你對一個周期性表面的影響感興趣– 如本案例中–由于單一相應介質轉換，可對該效應進行研究。
無多次反射的研究
■ 我們在基底內部設置探測器, 直接位于光柵結構后方。
■ 盡管光源和光柵元件以及光柵元件和虛擬屏間距離設置為0，但必須設置介質，這樣才能保證正確的轉換。
計算
■ VirtualLab的光柵工具箱提供十分精細的不同顯示選項的評估工具。
■ 該文件中展示了這些功能中的一部分。
■ 這里有一些下載的用戶案例文檔，詳細地解釋了這些不同工具特殊操作。只需要所搜你感興趣的對應關鍵詞即可。
周期為10um的光柵結果
近場
近場位相值(周期=10μm)
3個周期的近場正弦位相分步，由于一個恒等的相位偏移，相位分布具有一個2Pi系數階步。
■ 場的振幅變化很小。
展開 JCMSuite應用：光場通過六方晶胞的近場分析
JCMsuite計算近場分布。下圖顯示了當波長為193nm時，平面波從襯底側垂直入射到結構內的近場強度
S偏振光照明的場矢量
P偏振光照明的場矢量
后處理傅里葉變換計算透射衍射級次的振幅。
lsdyna近場動力學分析-鋼球撞夾層板玻璃
而近場動力學方法將物體離散成一系列空間域內的物質點，一個物質點的狀態被在一個有限半徑的區域內的物質點所影響，采用積分方程描述物質點的運動，該理論突破了連續性假設和空間微分方程在不連續問題上出現的求解瓶頸。
為三維固體材料的破壞行為提供了一種新的思路，采用非連續型網格，采用section solid peri界面，材料采用292號elastic peri材料，一般用于脆性材料，玻璃，水泥，硬塑料等，g是材料破壞參數，當問題已壓縮破壞為主時，輸入gs，一般gs=2*gt，對于其他問題，gs空著不填
模型簡介如下：夾層板上下為玻璃，采用mat_elastic_peri材料，中間為PC板，球以30m/s的速度撞擊平板，觀察平板的版型和應變。
效果如下：
最后給大家附上免費的k文件供大家學習。
moxing.k
展開 ASAP 高級光學系統分析軟件，光學系統雜散光分析與控制第28屆培訓班
ASAP 高級光學系統分析軟件，光學系統雜散光分析與控制第28屆培訓班
框架結構近場、遠場地震非線性動力分析
遠場、近場地震結果分析
近場地震作用下選取特征點加速度最值對比/m/S2
最值
節點650
節點530
節點410
節點290
節點170
節點32
最大值
5.907
5.475
4.657
3.472
2.391
1.182
最小值
-4.946
-4.518
-3.798
-2.813
-1.760
-0.956
遠場地震作用下選取特征點加速度最值對比/m/S2
最值
節點650
節點530
節點410
節點290
節點170
節點32
最大值
4.14596
3.63658
3.2745
2.8727
2.3499
1.26615
最小值
-3.6055
-3.690
-3.6656
-3.2505
-2.42285
-1.34764
可以看出，相同峰值加速度工況下，無論是位移還是加速度放大效應，近場地震波作用下框架結構頂部節點的放大效應要大于遠場地震波，所以，在地震時程分析過程中，不能忽略近場地震波的放大作用。
展開 什么是光學計算？如何在 COMSOL 中分析光學計算器件
光學計算是替代當前電子計算機的另一種可能形式。在這篇文章中，我們將探討光學計算的概念，并解釋了光學矩陣乘法網絡是如何工作的。我們還討論了如何使用 COMSOL Multiphysics? 軟件及其附加產品——波動光學模塊對光學計算設備進行建模。結合這些產品的使用，展示了在模擬大型光學系統時應用波束包絡法的優勢。
光學計算簡介
摩爾定律
在過去的幾十年里，計算機的能力一直呈指數級增長。這種增長遵循摩爾定律，即集成電路中的晶體管數量每兩年翻一番，而計算機的成本將降低。這使得我們今天享有的大部分現代技術成為可能。例如，主流計算機芯片完全基于晶體管等電子元件，每塊芯片的晶體管數量幾乎每兩年就會翻一番。為了跟上這種增長，并在可控的功率效率下提高計算機芯片的性能，芯片上的電子元件(包括晶體管)的小型化既關鍵又不可避免。盡管工程師們在這方面做了出色的工作，將晶體管從厘米尺度縮小到納米尺度，但重要的是要認識到，最終基本的限制將阻礙這類設備的發展。例如，當一個電子元件的尺寸接近原子水平時，量子效應將導致其功能不穩定。科學和工程界長期以來一直在考慮電子計算機的替代形式。最近引起廣泛關注的一種替代是光學計算——指用光(光子)而不是電流(電子)進行計算。
雖然光學計算是一項新興技術，但光學在信息技術中的應用已經有相當長的一段時間了，特別是利用光進行信息傳輸。損耗極低的光纖可以以光速長距離傳輸信息。光纖網絡設備常用于數據中心甚至普通家庭。然而，在商業化方面，利用光進行計算仍處于起步階段。
光學中的數學計算
眾所周知，某些光學過程對應于數學計算。例如，考慮光的衍射。當光通過衍射介質時，本質上是在進行傅里葉變換積分。然而，光學系統是否可以像我們今天擁有的計算機一樣進行通用數學計算，可能還不是很清楚。目前，光學計算有許多不同的形式。
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 線下培訓 | 《 ASAP 光學系統分析波動光學》正在招生中
ASAP · 光學系統分析波動光學 · 線下培訓
波動光學（wave optics）波動光學是光學中非常重要的組成部分，內容包括光的干涉、光的衍射、光的偏振等，無論理論還是應用都在物理學中占有重要地位。粒子在光場或其他交變電場的作用下，產生振動的偶極子，發出次波。用這樣模型來說明光的吸收、色散、散射、磁光、電光等現象，甚至光的發射也是一般波動光學的內容。
· 培訓主題
·
ASAP 光學系統波動光學
武漢墨光計劃2023年06月14日-16日在武漢舉辦《 ASAP 光學系統波動光學》線下培訓，共計三天。
本次課程涵蓋光源構造方法和相干光線追跡的 ASAP 方法。學習如何在光線追跡過程中正確地對物體進行采樣，如何將場傳播到邊緣和通過孔徑，以及如何將當前場分解為一組新的光束，識別和糾正場傳播問題。還將介紹適當的相干通量計算以及故障排除程序。
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
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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 在光源與光學器件研發中的應用——OAS光學分析軟件
OAS 光學分析軟件是第?款國產?主研發的序列/?序列光學系統設計和分析軟件，具有完整的系統整體設計與優化的功能。目前，OAS 光學分析軟件已成為光源與光學器件研發領域的重要工具。它以卓越的光學模擬精度、全面的分析功能、靈活的優化工具和用戶自定義擴展功能，助力研發人員將復雜的光學產品快速轉化為市場上的成熟產品。以下是OAS軟件在光源與光學器件研發中的幾個關鍵應用：
1.精確模擬：光學設計的基石
OAS 光學分析軟件提供的精確光學模擬功能，使得研發人員能夠創建和模擬各種光源和光學器件。無論是點光源、線光源還是面光源，甚至是復雜形狀的LED陣列，OAS都能輕松應對。這種高精度的建模能力為后續的仿真和優化提供了堅實的基礎，使得設計結果更加貼近實際產品。
2.深入分析：優化光學性能
OAS 光學分析軟件的光學分析功能覆蓋了幾何光學和波動光學的廣泛領域。它能夠模擬光線在光源中的發射、傳播和分布過程，幫助研發人員評估光源的發光特性，如光強分布、顏色均勻性等，并進行光譜分析和車燈設計模塊的仿真。這些分析工具使得研發人員能夠精確控制光源的性能，滿足不同應用場景的需求。
3.優化算法：提升設計效率
OAS 光學分析軟件內置了多種優化算法，如蒙特卡羅模擬、光線扇/網格等。研發人員可以設定優化目標，并指定優化參數的范圍。OAS將自動調整光源的結構和參數，以達到最佳效果。這種靈活的優化模式使得設計師能夠更高效地實現設計目標，提高產品的競爭力。
4.集成設計：協同光學元件
在光源與光學器件研發中，OAS 光學分析軟件提供了靈活的模型組合和光線追跡功能，使得研發人員能夠方便地模擬光源與光學元件之間的相互作用，優化整個光學系統的性能。這種集成設計方法不僅提高了設計效率，還確保了光學系統在實際應用中的穩定性和可靠性。
展開 線上培訓 | 第15期《 ASAP 光學系統分析波動光學》招生中
· 培訓主題
·
ASAP 光學系統波動光學
武漢墨光將在2023年03月29日-31日舉辦《 ASAP 光學系統波動光學》線上培訓。共計三天18個課時。
本次課程涵蓋光源構造方法和相干光線追跡的 ASAP 方法。學習如何在光線追跡過程中正確地對物體進行采樣，如何將場傳播到邊緣和通過孔徑，以及如何將當前場分解為一組新的光束，識別和糾正場傳播問題。還將介紹適當的相干通量計算以及故障排除程序。
Moldex3D模流分析之光學分析模組
光學分析的計算參數設定
這些設定完成后即可進行分析。返回 Moldex3D Studio，點擊分析順序 (Analysis sequence)，并選擇光學分析 (Optics)－O，以執行光學分析（下圖）。
分析順序設定
3. 后處理 (Post-processing)
在窗口顯示輸出的流域分布圖標
檢視光學分析模塊的分析結果的簡單方法就是在窗口顯示流域分布圖標。基本顯示步驟如下圖。
步驟1：從Studio中選擇適合的項目。
?選擇想要的組別
?在分析結果／光學（Result/Optics）選擇想要的結果
?選擇結果項目，例如：流動引發的光學性質、熱性質或光學性質總合
步驟2：從顯示工具欄（Display Toolbar）中選擇圖標，在顯示窗口（Display Window）中選擇想要查閱的分析結果。相關范例如下。
選擇光學分析中充填階段時流動引發的雙折射結果
1. 檢視制程中由流動引發的雙折射 (Flow-induced Birefringence during the Processing)
在計算完成之后，能檢查在充填、保壓及冷卻階段時由流動引發的光學性質。例如：要檢視組別的結果，請在Studio樹狀目錄中選擇組別（Run） > 分析結果（Result）> 光學分析（Optics）> 流動導致雙折射（flow-induced birefringence）。其結果將在顯示窗口（display window）中展現，如下圖。同樣地，使用相同的方法以檢視雙折射、光程差（下圖）、條紋級數與光彈條紋。
2.
展開 Moldex3D模流分析之光學分析模塊Optics
為什么使用塑料光學仿真?
Moldex3D 光學模塊(Optics)以現在光學組件逐漸輕薄短小之趨勢下，在狹小的流動空間下，流動導致之非等向性質將非常嚴重。所以成型過程所導致之雙折射、光程差及偏極化將成為射出成型之光學組件在設計制造上的主要瓶頸。Moldex3D光學模塊建立在真實三維實體技術上的流動分析，以黏彈性分析所預測出的流動殘留應力為出發，對于非等向性的分子排向而產生的雙折射現象能有良好的掌握。Moldex3D Optics提供使用者如何著手修改幾何外型、澆口設計、射速、保壓、冷卻系統等影響光學性質的重要加工因子。Moldex3D 更進一步與其他光學產品整合，如此用戶可以輸出變型結果及折射率分布后在如CODE V產品中來驗證設計。
受熱影響下的條紋級數與光彈條紋
挑戰
o 需求
? 產品微小化
? 高準確度
? 好的外觀質量
o 成型過程中會遇到的問題
? 流動不平衡
? 燒焦劣化
? 尺寸變型
? 材料相關問題
Moldex3D 解決方案
? 可視化光學塑件的充填行為
? 可視化流動導致之光程差、條紋級數與光彈條紋等光學性質
? 預測可能的成品瑕疵，包含短射、流動不平衡、尺寸收縮與翹曲變型
? 優化光學制造成型參數，包含充填速度、保壓壓力以及冷卻設計
? 利用與CODE V的整合，預測變形及折射率的分布不均
? 優化進澆及流道設計以提升產品質量
(a) 流動波前時間 (b) 翹曲變型
相機套筒的塑料射出成型模擬
(a) 流動導致條紋級數 (b) 流動導致光彈條紋
光學鏡片的塑料射出成型模擬
應用產業
? 光學產業
展開 Moldex3D模流分析之運用模流分析軟件 增進精密光學新制程驗證效率
大綱
精密光學組件的射出成型技術發展至今已相當成熟，然而隨著成品精度的要求越來越高，包括殘留應力分布、翹曲及凹痕等問題都必須嚴格控制，因此成型技術的改良勢在必行。臺科大精密制造實驗室期望開發模內微壓縮成型(In-Mold Micro Compression, IMMC)制程，以改善射出成型所產生的缺陷。在開發之前，先藉由Moldex3D的射出壓縮成型模塊進行分析，判斷產品是否確實達到優化，以評估開發新制程的可行性。分析結果發現模內微壓縮成型在產品凹痕、體積收縮和集光效果等方面都有顯著改善；經實際試模和量測之后，同時也驗證Moldex3D分析的高準確度。
挑戰
?壓力分布不均
?體積收縮率過高
?翹曲變形問題
解決方案
藉由Moldex3D射出壓縮成型模塊進行傳統射出制程和IMMC制程的分析和比較，以決定是否應用新的制程。
效益
?壓力分布均勻度大幅改善
?產品光照度提升7.35%
?體積收縮率由6.62%降低至4.25%
案例研究
圖一 本案例的復合式棱鏡為塑料制的集光組件
復合式棱鏡是自然導光系統中的集光組件，用于室外或建筑物屋頂收集陽光(圖一)。為了提升產品的導光效率，澆口位置必須避開導光處，設計于產品薄端，卻因此不利壓力傳遞和塑料流動。此外，為了提升導光效果，產品中有兩處狹縫設計(圖二)，造成局部模溫較低。塑料流經模溫較低處時容易凝固而難以流動，導致壓力傳遞不易，體積收縮率也較高，使成品后端產生明顯凹痕，影響集光、傳光與出光的效果。為解決這些難題，臺科大精密制造實驗室運用Moldex3D模流分析軟件，評估開發模內階段式射壓成型制程，是否能夠獲得較優化的產品。
展開 天文光學系統分析
施密特-卡塞格林望遠鏡
為了展示VirtualLab Fusion在天文光學領域的潛力，本次我們重點介紹了以下兩個案例：第一個是著名的施密特-卡塞格林望遠鏡的完整模型，包括對施密特板效應的討論。在第二個案例中，我們根據L.Clermont等人的工作“用于自適應光學系統的激光引導星設計”，模擬了激光導星的不同無焦系統。
為了分析此類系統的性能，快速物理光學建模和設計軟件VirtualLab Fusion為光學工程師提供了多種工具，從基于光線追跡的快速系統可視化到光的全電磁物理光學傳播，包括衍射現象。
對天文現象的系統觀測是最古老的光學形式之一。隨著時間的推移，越來越先進的望遠鏡和其他相關光學設備已經被開發出來，讓科學家們能夠更深入地了解我們的星系和宇宙。
利用快速物理光學軟件VirtualLab Fusion，我們演示了用于生成激光引導星的無焦系統的分析，并進一步優化了系統以控制人造恒星的大小。
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