光譜仿真的案例
SPRAY 光譜光線追跡仿真軟件
SPRAY是一款適用于Windows 7/8/10 操作系統的軟件，用于進行頻率(或波長)分辨的光線追跡模擬仿真。您可以定義：
? 發射光線的光源
? 如鏡子、光散射器、吸收器或改變光線方向或吸收光線的表面等物體
? 屏幕、探測器和探測器陣列來收集關于設置中輻射分布的信息
SPRAY 組件
以下組件在當前版本中可用:
光源
? 點光源(各向同性發射)
? 體積光源(各向同性發射)
? 矩形光源(用戶自定義發射錐)
? 圓形光源(用戶自定義發射錐)
? 組合光源(多個元素發光)
探測器
? 矩形探測器
? 屏幕
? 線性檢測器陣列
? 球形探測器陣列
界面
界面將空間中的區域分開，例如定義從一種材料到另一種材料和/或從非散射區域到光散射體的過渡。界面被定義為層疊或邊界，具有用戶定義的反射率和透過率屬性(規則或漫反射)。
幾何物體
幾何物體可以被用戶定義的界面或理想的鏡子或吸收器覆蓋。以下這些形狀目前可用:
? 矩形
? 三角形
? 球體
? 部分球體
? 圓柱體
? 開柱面
? 錐
? 部分橢球
? 部分拋物面
? 球面聚光透鏡
? 球面色散透鏡
? 棱鏡
? 用戶自定義表面輪廓
? 多個子形狀的組合
SPRAY使用與SCOUT光譜仿真軟件相同的光學常數模型和數據，包括大型數據庫。在接口中使用的層疊定義也是完全相同的。在幾何物體之間，光線可以在吸收、散射或熒光介質中移動。
利用集成的Mie-程序計算多涂層球體的光散射和吸收特性。
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展開 Czerny-Turner單色儀&光譜儀的仿真
測量系統(MSY.0003 v1.1)
應用示例簡述
1.系統說明
? 光源
— 平面波(單色)用作參考光源
— 鈉燈(具有鈉的雙重特性)
? 組件
— 光闌(狹縫)，拋物面反射鏡，閃耀光柵
? 探測器
— 功率
— 視覺評估
? 建模/設計
— 光線追跡：初始系統概覽
— 幾何場追跡+(GFT+)：
? 窄帶單色儀系統的仿真
? 為分辨特定光譜曲線進行整個光譜的高分辨率分析
2.系統說明
3.系統參數
4.建模/設計結果
總結
模擬并分析了Czerny-Turner單色儀及并將其用于光譜研究中。
1. 仿真
以光線追跡對單色儀核校。
2. 研究
應用經典場追跡和幾何場追跡+引擎對系統的性能進行研究。系統分析中包括采用傅里葉模態法進行光柵效率的嚴格分析。
3. 應用
應用真實的Czerny-Turner單色儀分辨了鈉燈的雙波長特性
可以通過使用VirtualLab對復雜的光譜系統,比如Czerny-Turner進行詳盡的研究。
應用示例詳細內容
系統參數
1. 仿真任務：Czerny-Turner干涉儀
Czerny-Turner干涉儀是一種廣泛用于光和樣本的光譜研究。主要由兩個球面或拋物面反射鏡、兩個光闌以及一個作為分光元件的光柵組成。
2. 系統參數
元件在1m范圍內的距離與非常窄的入瞳孔徑進行結合以確保單色儀/光譜儀的高光譜分辨率。
3.
展開 VirtualLab運用：Czerny-Turner單色儀&光譜儀的仿真
測量系統(MSY.0003 v1.1)
應用示例簡述
1.系統說明
?光源
—平面波(單色)用作參考光源
—鈉燈(具有鈉的雙重特性)
?組件
—光闌(狹縫)，拋物面反射鏡，閃耀光柵
?探測器
—功率
—視覺評估
?建模/設計
—光線追跡：初始系統概覽
—幾何場追跡+(GFT+)：
?窄帶單色儀系統的仿真
?為分辨特定光譜曲線進行整個光譜的高分辨率分析
2.系統說明
3.系統參數
4.建模/設計結果
總結
模擬并分析了Czerny-Turner單色儀及并將其用于光譜研究中。
1.仿真
以光線追跡對單色儀核校。
2.研究
應用經典場追跡和幾何場追跡+引擎對系統的性能進行研究。系統分析中包括采用傅里葉模態法進行光柵效率的嚴格分析。
3.應用
應用真實的Czerny-Turner單色儀分辨了鈉燈的雙波長特性
可以通過使用VirtualLab對復雜的光譜系統,比如Czerny-Turner進行詳盡的研究。
應用示例詳細內容
系統參數
1.仿真任務：Czerny-Turner干涉儀
Czerny-Turner干涉儀是一種廣泛用于光和樣本的光譜研究。主要由兩個球面或拋物面反射鏡、兩個光闌以及一個作為分光元件的光柵組成。
2.系統參數
元件在1m范圍內的距離與非常窄的入瞳孔徑進行結合以確保單色儀/光譜儀的高光譜分辨率。
3.說明：平面波(參考)
?采用單色平面光源用于計算和測試。
展開 Lumerical fdtd和charge聯合仿真電學可調諧的MOS結構吸收器
其中MOS型結構中加電壓前后載流子濃度變化引起的折射率變化如下公式:
在本文的例子中，我們先通過Lumerical Charge軟件仿真結構的電學特性，外加電壓為正負5V，仿真ITO薄膜的載流子濃度隨外加電壓0V、5V、-5V載流子濃度的變化，由于載流子濃度的變化會導致薄膜等離子頻率的變化，因此會導致光譜的變化，所以把電學數據通過Lumerical FDTD軟件求解器件的光學性質變化，證明電光開關的可行性。
通過在ITO薄膜上加載流子濃度的監視器，可以得到ITO薄膜中的載流子濃度隨偏置電壓的變化，外加-5V電壓時，左側（ITO和TiO2交界處）形成載流子耗盡層，外加5V電壓時，形成載流子累積層。
圖2 ITO薄膜在外加電壓下的載流子濃度分布
對具有不同載流子濃度分布ITO薄膜的器件進行反射率光譜仿真，外加偏振光斜入射，得到如圖3所示的光譜，可以證明MOS結構可以實現電偏置的吸收調諧器。
圖3 MOS結構在外加電壓下的光譜分布
為了更好地理解MOS器件吸收的性質，我們模擬了TiO2和ITO薄膜的電場分布，如圖4所示，電場大部分局域在ITO和TiO2界面并且靠近ITO薄膜，說明ITO薄膜吸收了大部分的光強，導致在2.23um左右出現一個反射谷。
展開 
客戶案例 | Ansys與索尼半導體解決方案公司合作推進自動駕駛汽車基于場景的感知測試
該合作使OEM廠商和一級供應商能夠可靠地評估和驗證 ADAS/AV 功能在各種天氣和照明條件下的性能
主要亮點
Ansys AVxcelerate Sensors?自動駕駛汽車（AV）傳感器仿真軟件，可實現面向基于場景的感知測試的實時多光譜攝像頭仿真
利用AVxcelerate Sensors和索尼的高動態范圍（HDR）圖像傳感器模型，OEM廠商可以測試高級駕駛輔助系統（ADAS）和AV功能，考慮傳感器在弱光條件、夜間、雨、雪和霧等不同駕駛場景中的行為
實時感知反饋可顯著加速虛擬環境中的道路測試，增強AV安全性驗證并降低研發成本
近期，Ansys正在與索尼半導體解決方案公司（索尼）合作改進ADAS/AV中的感知系統驗證。Ansys AVxcelerate Sensors提供實時多光譜照明仿真功能，支持全面評估不同的照明場景和包括雨、雪和霧在內的天氣條件。利用Ansys仿真技術，OEM廠商和一級供應商可以在更短的時間內加速完成并驗證數千小時的道路駕駛測試。
ADAS和AV系統依靠基于攝像頭、雷達和激光雷達傳感器的感知系統來準確評估周圍環境和條件，從而為導航決策提供信息。如果沒有對這些系統進行可靠的驗證，OEM廠商和一級供應商就會面臨安全問題增多、監管挑戰加劇和信任度降低的風險。Ansys和索尼通過實現攝像頭傳感器的高保真度仿真來應對上述挑戰，從而提高性能，降低風險，加快研發時間并簡化安全性合規性。
AVxcelerate Sensors平臺可生成具有不同照明、天氣和材料條件的虛擬環境，以對光線如何穿過環境、攝像頭鏡頭、然后到達成像器的過程進行仿真。與索尼的傳感器模型相結合，該仿真可以極高的預測準確性再現索尼HDR成像器的像素特征、信號處理功能和系統功能。
展開 Ansys與索尼半導體合作推動新一代汽車圖像傳感器仿真
wx_fmt=png&from=appmsg"></p><p class="ql-align-center">Ansys與索尼半導體合作推動新一代汽車圖像傳感器仿真</p><p> </p><p>索尼半導體解決方案公司汽車業務部高級副總經理Kenji Onishi表示：“Ansys與索尼之間的合作，將為ADAS感知系統開發人員提供一條從鏡頭模型到傳感器模型的汽車級端到端光譜仿真途徑。索尼已經根據攝像頭系統中圖像傳感器的內部架構準備了傳感器模型，以實現汽車級保真度?！?lt;/p><p><br></p><p>物理原型設計和驗證十分耗時且成本高昂，而且不具備仿真和虛擬測試所提供的帶寬。Ansys仿真與索尼傳感器模型的強強聯合，有助于通過虛擬測試減緩上述挑戰。這對于車輛離開隧道行駛等邊緣場景尤其大有助益。</p><p><br></p><p>Ansys副總裁兼電子、半導體和光學事業部總經理John Lee表示：“Ansys和索尼的技術合作，可促進快速開發和驗證面向AV和ADAS應用的攝像頭功能。因此，這種聯合工作流程可實現更強大的仿真、更高的預測準確度、更高保真度的圖像，最終實現更可靠的AV和ADAS應用?！?lt;/p><p> </p><p><strong>相關閱讀</strong></p><p><a href="http://mp.weixin.qq.com/s?
展開 基于Rsoft的偏心單模光纖數值仿真
仿真是選擇BeamPROP模塊的波束包絡法對偏心單模光纖進行仿真，圖1為仿真模型，紅色柱體為單模光纖的包層，包層折射率為1.45，藍色和綠色為單模光纖的纖芯，纖芯折射率為1.46。其中藍色纖芯與綠色纖芯相偏差4μm。建立好模型設置好參數后，設置路徑，并且對路徑的能量進行監測。
圖1 偏心單模光纖建模圖
如圖2分別波長1550nm和1560nm的偏心結構的縱向功率分布圖，光源從纖芯輸入，到中間偏心部分后光被分成兩部分一部分進入纖芯，另一部分進入包層，然后纖芯中的光和包層中的光再匯入單模光纖，由于纖芯和包層的折射率不同，所以傳播相等距離后兩部分匯聚的光會產生光程差，從而產生馬赫—曾德干涉儀(Mach-Zehnder; inter-ferometer)。
圖2 縱向功率分布圖
通過掃描多個波長的縱向功率分布，最后可以得出1560~1650nm波長范圍干涉儀的透射光譜，仿真得到透射光譜如圖3所示，從圖中可以看出透射譜有明顯的干涉峰，可以作為傳感的參考點。當外界環境或者光線自身發生微小變化時參考峰發生移動，從而實現傳感。
圖3 透射光譜
最后對模型進行優化，可以改變偏移量、長度、光線類型等，最后求出合適的模型結構，提高靈敏度。如圖4是將偏芯光纖長度縮短為一半仿真出的透射譜，偏芯長度越短，自由光譜范圍約小。
圖4 優化后的透射光譜
歡迎通過公眾號"320科技工作室"給我們提供建議
展開 基于Rsoft的三芯光子晶體光纖數值仿真
Rsoft是專門做光子晶體光纖仿真軟件，可以通過utility里面的Arrary Layout 來創建三維光子晶體光纖。建立三維模型時在Dimens中選擇選擇2Dxy。選擇BeamPROP模塊的波束包絡法對三芯光子晶體光纖進行仿真，圖1為仿真模型，背景為熔融二氧化硅材料，紅色柱體為氣孔，黃色柱體為纖芯。中間纖芯為定為纖芯1，左邊纖芯定為纖芯2，右邊纖芯定為纖芯3。仿真時，光源的Type選擇為Fiber Mode，然后分別對1、2、3的纖芯路徑的能量進行監測。
圖1 三芯光子晶體光纖建模圖
如圖2,為三芯PCF的縱向功率分布圖，光源從纖芯1輸入波長為1550nm的光，通過仿真可以看出纖芯1的能量在向纖芯2、纖芯3耦合。因為結構對稱可以從數值仿真結果中得出纖芯2、纖芯3耦合的能量相同。當給PCF一個彎曲量時纖芯2、纖芯3的能量曲線就不會重合。這是因為距離發生了改變。
圖2 縱向功率分布圖
圖3為模場分布圖，在開始傳輸時纖芯1的能量高，然后能量會耦合到另外兩個纖芯上。從圖3中可以看出能模態在纖芯間的耦合。
圖3 模場分布圖
通過軟件中的仿真1330~1700nm波長范圍內纖芯1的透射光譜，仿真得到透射光譜有明顯的對比度。并且可以選擇波谷作為傳感的參考點，可以進一步做溫度，磁場，曲率等的仿真，為實驗提供理論支撐。
圖4 透射光譜
最后,有相關需求歡迎通過公眾號聯系我們.
公眾號:320科技工作室
展開 聚焦AVxcelerate | Ansys自動駕駛仿真技術與應用專題解析
Ansys自動駕駛汽車仿真解決方案基于從傳感器到系統級的完整工具鏈，通過軟件在環（SiL）與硬件在環（HiL）閉環測試，結合高保真合成數據與開放架構生態，大幅提升開發效率并降低測試成本。在近期發布的"Ansys 應用類系列網絡研討會全面上線"中，涵蓋4場AVxcelerate專題內容，系統解讀自動駕駛仿真的核心能力與最新進展。
本次系列網絡研討會將聚焦Ansys 2026 R1 AVxcelerate的創新能力，包括基于NVIDIA Omniverse的數字孿生一體化、多光譜攝像頭仿真（LPE光傳播引擎），以及面向真實Tx/Rx天線配置的視覺雷達工具；同時，圍繞ENCAP 2026新規帶來的挑戰，將深入探討如何通過虛擬測試顯著擴展場景覆蓋，加速安全關鍵系統的驗證流程，助力企業更高效地滿足下一代安全標準。
該系列內容面向所有AVxcelerate用戶、ADAS/AD工程師以及SiL/HiL測試工程師，誠邀大家報名參與，了解更多自動駕駛仿真前沿技術！
Ansys AVxcelerate自動駕駛仿真網絡研討會專題
時間：16:00-17:00
講師簡介：
劉宏鯤 | Ansys 高級應用工程師
Ansys智駕領域應用工程師，從事感知算法測試，基于生成式數據的AI訓練，規控算法測試，自動駕駛軟件工具鏈集成等領域的應用與研究。
4/16 | Ansys AVX 中國智能網聯汽車組合駕駛輔助系統安全要求預期功能安全場景感知在環仿真
主題簡介：本場活動將從以下幾個方面介紹Ansys AVX仿真方案及當前安全場景：1. 中國智能網聯汽車組合駕駛輔助系統安全要求預期功能安全場景；2. Ansys AVxcelerate Sensor仿真方案；3.
展開 Ansys光伏解決方案
柔性和剛體動力學分析，仿真跟蹤旋轉太陽過程中產生的應力
– 熱應力分析和屈曲分析，仿真結構可靠性和壽命預測
– 優化仿真，提高能源轉化率
Ansys光伏行業仿真案例
光譜太陽輻射仿真
? 準確模擬各種環境條件(地理位置、一天、時間、天空渾濁度等)下的光譜太陽輻射
? 基于1976年美國標準大氣的模擬輸入
? 仿真每個波長的角反射、透射和吸收的光學特性
? 優化面板位置和方向
支撐結構可靠性分析
? 考慮空氣動力學、慣性和熱載荷的支撐結構應力仿真
展開 Ansys Speos | 實現車內氛圍燈早期仿真驗證
在本例子中將使用一個簡單的白光面源來獲得基礎的仿真結果，然后對該白光光源進行光譜選擇，得到RGB的結果，在此基礎上可以進行不同的分析，例如顏色變化、干擾反射檢查等。
模型
模型是一個汽車門板，包括在幾何圖形作為白光光源的幾何體面，將被用作Speos面光源的支持面。因為分為照明通常要評估照明的紅色、綠色和藍色，通常需要三個模擬，因為表面上只允許一個光源。但是這里采用的一種更有效的方法是使用具有所有波長均為100%的光譜光源作為仿真的基礎，然后通過對紅、綠、藍光譜的過濾結果進行后處理，獲得每個顏色光源的仿真結果，可以只進行一次仿真，后處理得到多種光譜顏色結果。
100%光譜光源
仿真設置中使用一個平譜光源(在所有波長處均為100%權重)和一個按光源分層的光譜類型的人眼視覺傳感器。
仿真結果和分析
1.根據上述的設置，光源（100%平譜），幾何體光學屬性，人眼視覺探測器，然后采用inverse仿真，得到光學仿真結果，和預期的效果形同，將會得到表面一個白色光光源視覺結果。
2.打開控制開關可以看到光譜選項，點擊光譜選項，在帶有當前光源光譜的新窗口中，啟用“定義一個新的光源光譜”并選擇新的光譜文件，可以嘗試導入紅色光譜開始，得到紅色光源視覺結果，在照明控制器中，可以重命名光源。
3.使用“文件”、“導出”導出此結果。然后選擇一個包含顏色的名稱，例Red.xmp。注意，應該在Export parameters窗口中勾選選擇“Export filtered data”選項，才能導出新的結果。重新打開包含紅色光譜的結果，控制器中顯示紅色光源。
展開 
光 · 學堂| 基于VirtualLab Fusion的光學檢測與精密成像（上海場） 2026/5/21-5/22
課程將系統進解如何對干涉儀、光譜儀等光學檢測系統進行高精度建模與性能評估:深入探討精密成像系統(如晶圓檢測、高NA鏡頭)的像質優化;并專門涵蓋顯微鏡系統(包括熒光、共聚焦及超分辨顯微技術)的完整物理光學仿真，以研究行射極限、三維成像特性及熒光處理等關鍵問題。通過結合理論講解與軟件實戰，學員將掌握從宏觀檢測到微觀成像的一體化軟件開發能力。
Speos 實現車內氛圍燈早期仿真驗證
在本例子中將使用一個簡單的白光面源來獲得基礎的仿真結果，然后對該白光光源進行光譜選擇，得到RGB的結果，在此基礎上可以進行不同的分析，例如顏色變化、干擾反射檢查等。
模型
模型是一個汽車門板，包括在幾何圖形作為白光光源的幾何體面，將被用作Speos面光源的支持面。因為分為照明通常要評估照明的紅色、綠色和藍色，通常需要三個模擬，因為表面上只允許一個光源。但是這里采用的一種更有效的方法是使用具有所有波長均為100%的光譜光源作為仿真的基礎，然后通過對紅、綠、藍光譜的過濾結果進行后處理，獲得每個顏色光源的仿真結果，可以只進行一次仿真，后處理得到多種光譜顏色結果。
100%光譜光源
仿真設置中使用一個平譜光源(在所有波長處均為100%權重)和一個按光源分層的光譜類型的人眼視覺傳感器。
仿真結果和分析
1.根據上述的設置，光源（100%平譜），幾何體光學屬性，人眼視覺探測器，然后采用inverse仿真，得到光學仿真結果，和預期的效果形同，將會得到表面一個白色光光源視覺結果。
2.打開控制開關可以看到光譜選項，點擊光譜選項，在帶有當前光源光譜的新窗口中，啟用“定義一個新的光源光譜”并選擇新的光譜文件，可以嘗試導入紅色光譜開始，得到紅色光源視覺結果，在照明控制器中，可以重命名光源。
3.使用“文件”、“導出”導出此結果。
展開 VirtualLab運用：光學測量系統的分析與公差
VirtualLab Fusion 軟件可以對光學測量系統進行仿真，如干涉儀、光譜儀以及表面測量器件。
很多光學測量原理都是基于光的波動特性。典型的器件有：
?干涉儀
?光譜儀&單色儀
?表面計量系統
VirtualLab Fusion 軟件可以對這些測量系統進行仿真及公差分析。許多設置都是以衍射效應、干涉效應以及時間和空間相干性為特點。VirtualLab的場追跡引擎進行快速精確的測量系統建模的同時考慮了這些物理光學效應。
VirtualLab Fusion軟件的特性：
?基于物理光學的計量系統仿真
?包含部分相干和衍射效應
?尤其對傾斜和偏移的公差分析
?真彩色獲取
?便于使用的位置概念
?干涉條紋的計算
?測繪掃描系統的仿真
?全譜段高分辨率分析
用于表面拓撲測量的白光邁克爾遜干涉儀的仿真。整個系統中部分相干的白光可以利用VirtualLab Fusion仿真。
試用軟件和應用示例：
如果對更多信息感興趣，請通過 support@lighttrans.com 或通過VirtualLab Fusion試用版結合我們提供的應用示例開展你的實驗工作：
?MSY.0001: 使用相干光的馬赫澤德干涉儀仿真。(download)
?MSY.0002: 白光邁克爾遜干涉儀的仿真。(download)
?MSY.0003: Czerny-Turner單色儀和光譜儀。
展開 QuantumATK：面向材料建模的軟件解決方案
QuantumATK材料建模應用示例
電子屬性
功能
計算能帶結構、態密度(DOS)及其投影、聲子限制遷移率等
研究材料之間界面的電子結構
仿真外電場中的電子表面態
預測有/無電場條件下的反應機理
優勢
在同一框架內集成DFT-LCAO與DFT-PlaneWave代碼：靈活調整/測試速度與準確性之間的權衡
提供包含電子-聲子耦合的先進、用戶友好型方法，即使對于大型系統也適用
光學屬性
功能
仿真拉曼光譜、紅外光譜及光學光譜
解析聲子貢獻
獲取折射率、消光系數、反射率、極化率、光電導率
計算電光張量
優勢
NanoLab GUI中的全自動化工作流程，降低出錯率并縮短周轉時間（TAT）
針對極性材料的高級功能(離子貢獻、通過電子-聲子耦合實現的溫度依賴性)
力學與熱學屬性
功能
計算彈性常數及更通用的模量，如體積模量，剪切模量和楊氏模量
深入了解物理過程（例如：蠕變模擬、薄膜生長）
獲取熱傳導/熱導率，同樣適用于界面分析
優勢
針對大規模分子動力學仿真進行了優化
提供超過300種經驗經典勢函數（支持組合使用，亦可添加自定義或文獻中的勢函數）
執行高度定制化的力學屬性仿真
系統類型
應用示例
聚合物
功能
構建并平衡聚合物系統
獲取熱機械屬性，如玻璃化轉變溫度、彈性模量及動態模量
仿真熱傳輸過程
計算光學屬性
優勢
極具靈活性的構建器
全自動化工作流程
研究與其他聚合物、分子及納米顆?；旌系木酆衔矬w系
高度可擴展的MPI
展開 