部分相干成像的案例
光學相干層析成像的工作原理
通過利用白色光源的低相干性，只有當路徑長度差落在相干性長度內時才出現干涉圖案。因此，它能夠實現非常精確的測量，這一特性在光學相干斷層掃描（OCT）的醫學成像中得到了利用，OCT正是利用了這一物理原理。VirtualLab Fusion在單個平臺上的各種可交互建模技術有助于對相干現象進行高效建模。在這個例子中，構造了一個帶有氙燈的邁克爾遜干涉儀，并用于測量具有平滑調制表面的樣品。
建模任務
建模技術的單平臺交互操作
光在系統中傳播時會遇到不同的組件并與之相互作用。由于系統的非序列性質,在傳播的不同點可能存在多個交互。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：光源
頻域方法
要對具有多光頻譜的光源進行建模，請將“功率頻譜類型”設置為“List of Wavelengths”,并通過“Load from Diagram”或“Load from File”包含所選頻譜。VirtualLabFusion提供了多種工具來快速構建各種類型的光譜，例如黑體光譜。
時域方法
另一方面，時域方法通過通用探測器進行控制。探測器中相干模式的總和需要設置為具有指定相干時間的部分相干。
相干時間和長度計算器可用于輕松確定具有給定帶寬的光源的相干時間。請注意,這種方法只使用一個波長進行傳播，不包括色散效應以及關于光譜實際形狀的信息。
展開 [VirtualLab] 光學相干層析成像的工作原理
通過利用白色光源的低相干性，只有當路徑長度差落在相干性長度內時才出現干涉圖案。因此，它能夠實現非常精確的測量，這一特性在光學相干斷層掃描（OCT）的醫學成像中得到了利用，OCT正是利用了這一物理原理。VirtualLab Fusion在單個平臺上的各種可交互建模技術有助于對相干現象進行高效建模。在這個例子中，構造了一個帶有氙燈的邁克爾遜干涉儀，并用于測量具有平滑調制表面的樣品。
建模任務
建模技術的單平臺交互操作
模擬與設置：單平臺交互操作
連接建模技術：光源
頻域方法
時域方法
交互式建模技術：消色差
消色差：鏡頭系統組件
交互式建模技術：分束器
交互式建模技術：自由空間傳播
交互式建模技術：帶樣品的鏡子
帶樣本的鏡子：采樣界面
連接建模技術：參考鏡子
連接建模技術：探測器
模擬結果
模擬干擾條紋
模擬干涉條紋–偽色
方法比較：LPIA與TEA
方法比較：頻域法與時域法
方法比較-偽色
文件信息
更多閱覽
-基于激光的邁克爾遜干涉儀與干涉條紋探測
-用于光學測試的斐索干涉儀
展開 [VirtualLab] 光學相干層析成像的工作原理
通過利用白色光源的低相干性，只有當路徑長度差落在相干性長度內時才出現干涉圖案。因此，它能夠實現非常精確的測量，這一特性在光學相干斷層掃描（OCT）的醫學成像中得到了利用，OCT正是利用了這一物理原理。VirtualLab Fusion在單個平臺上的各種可交互建模技術有助于對相干現象進行高效建模。在這個例子中，構造了一個帶有氙燈的邁克爾遜干涉儀，并用于測量具有平滑調制表面的樣品。
建模任務
模擬與設置：單平臺交互操作
建模技術的單平臺交互操作
連接建模技術：光源
頻域方法
時域方法
交互式建模技術：消色差
消色差：鏡頭系統組件
交互式建模技術：分束器
交互式建模技術：自由空間傳播
交互式建模技術：帶樣品的鏡子
帶樣本的鏡子：采樣界面
連接建模技術：參考鏡子
連接建模技術：探測器
模擬結果
模擬干擾條紋
模擬干涉條紋–偽色
方法比較：LPIA與TEA
方法比較：頻域法與時域法
方法比較-偽色
文件信息
更多閱覽
-基于激光的邁克爾遜干涉儀與干涉條紋探測
-用于光學測試的斐索干涉儀
展開 如何在 OpticStudio 中模擬光學相干層析成像系統
光學相干層析成像(OCT)系統是斷層成像系統，它通過圖像反射或散射出來的光來獲取被測物體橫截面或三維圖像。本文講述了光學相干層析成像(OCT)系統的設計，并探討了如何使用OpticStudio進行相干模擬。
01
簡介
光學相干層析成像(OCT)系統是斷層成像系統，它通過圖像反射或散射出來的光來獲取被測物體橫截面或三維圖像。盡管光線在OCT中穿透的深度以毫米數量級計量，但OCT具有安全性和高分辨率的特征，使得OCT最典型應用于醫學生物組織成像。
OCT的光學系統由邁克爾遜干涉儀構成，在參考鏡與樣品之間的反射光相干，這一現象表明了從樣品不同位置深度反射或散射出來的光與參考鏡的位置有關。
本文將介紹如何在OpticStudio中模擬商用的OCT。
02
系統模型
健康人眼的角膜和虹膜(A)以及視網膜組織(B)的橫截面如下圖所示。
展開 
Ansys Zemax | 如何模擬光學相干層析成像系統
光學相干層析成像(OCT)系統是斷層成像系統，它通過圖像反射或散射出來的光來獲取被測物體橫截面或三維圖像。本文講述了光學相干層析成像(OCT)系統的設計，并探討了如何使用OpticStudio進行相干模擬。（聯系我們獲取文章附件）
簡介
光學相干層析成像(OCT)系統是斷層成像系統，它通過圖像反射或散射出來的光來獲取被測物體橫截面或三維圖像。盡管光線在OCT中穿透的深度以毫米數量級計量，但OCT具有安全性和高分辨率的特征，使得OCT最典型應用于醫學生物組織成像。
OCT的光學系統由邁克爾遜干涉儀構成，在參考鏡與樣品之間的反射光相干，這一現象表明了從樣品不同位置深度反射或散射出來的光與參考鏡的位置有關。
本文將介紹如何在OpticStudio中模擬商用的OCT。
系統模型
健康人眼的角膜和虹膜(A)以及視網膜組織(B)的橫截面如下圖所示。顏色深度的改變意味著反射光的強度改變，說明內部材料發生變化。
一個典型的OCT系統如下圖。光束被均勻地分成兩束，分別進入參考臂與樣品臂。其中一束光在體積樣品中疊加，從而減小掃描面積。光源是寬帶準直光源，寬帶光源的選擇意味著低相干性和高精度的深度定位，從而使參考鏡與樣品之間的反射光相干。
深度掃描，也稱為縱向掃描或a掃描，用于測量反射光的強度，作為反射光透過樣品距離的函數。在OCT系統中的不同位置進行深度掃描，這一過程通常由參考鏡完成，參考鏡完成掃描后對比樣品反射光的光程與樣品、參考鏡之間光路的光程差。
通過在X或Y方向上旋轉掃描鏡實現橫向、縱向或b掃描，使探測光在樣品區域上平移。
我們將從商用OCT系統中獲得設計規格。軸向分辨率由光源特性(相干長度)決定，大約為5 μm。橫向分辨率由光束聚焦在樣品處的光斑大小決定，設置為15 μm。
展開 如何在 OpticStudio 中模擬光學相干層析成像系統
光學相干層析成像(OCT)系統是斷層成像系統，它通過圖像反射或散射出來的光來獲取被測物體橫截面或三維圖像。本文講述了光學相干層析成像(OCT)系統的設計，并探討了如何使用OpticStudio進行相干模擬。
01
簡介
光學相干層析成像(OCT)系統是斷層成像系統，它通過圖像反射或散射出來的光來獲取被測物體橫截面或三維圖像。盡管光線在OCT中穿透的深度以毫米數量級計量，但OCT具有安全性和高分辨率的特征，使得OCT最典型應用于醫學生物組織成像。
OCT的光學系統由邁克爾遜干涉儀構成，在參考鏡與樣品之間的反射光相干，這一現象表明了從樣品不同位置深度反射或散射出來的光與參考鏡的位置有關。
本文將介紹如何在OpticStudio中模擬商用的OCT。
02
系統模型
健康人眼的角膜和虹膜(A)以及視網膜組織(B)的橫截面如下圖所示。
展開 Ansys Zemax | 如何模擬光學相干層析成像系統
附件下載
聯系工作人員獲取附件
概要
光學相干層析成像(OCT)系統是斷層成像系統，它通過圖像反射或散射出來的光來獲取被測物體橫截面或三維圖像。本文講述了光學相干層析成像(OCT)系統的設計，并探討了如何使用OpticStudio進行相干模擬。
簡介
光學相干層析成像(OCT)系統是斷層成像系統，它通過圖像反射或散射出來的光來獲取被測物體橫截面或三維圖像。盡管光線在OCT中穿透的深度以毫米數量級計量，但OCT具有安全性和高分辨率的特征，使得OCT最典型應用于醫學生物組織成像。
OCT的光學系統由邁克爾遜干涉儀構成，在參考鏡與樣品之間的反射光相干，這一現象表明了從樣品不同位置深度反射或散射出來的光與參考鏡的位置有關。
本文將介紹如何在OpticStudio中模擬商用的OCT。
系統模型
健康人眼的角膜和虹膜(A)以及視網膜組織(B)的橫截面如下圖所示。顏色深度的改變意味著反射光的強度改變，說明內部材料發生變化。
一個典型的OCT系統如下圖。光束被均勻地分成兩束，分別進入參考臂與樣品臂。其中一束光在體積樣品中疊加，從而減小掃描面積。光源是寬帶準直光源，寬帶光源的選擇意味著低相干性和高精度的深度定位，從而使參考鏡與樣品之間的反射光相干。
深度掃描，也稱為縱向掃描或a掃描，用于測量反射光的強度，作為反射光透過樣品距離的函數。在OCT系統中的不同位置進行深度掃描，這一過程通常由參考鏡完成，參考鏡完成掃描后對比樣品反射光的光程與樣品、參考鏡之間光路的光程差。
通過在X或Y方向上旋轉掃描鏡實現橫向、縱向或b掃描，使探測光在樣品區域上平移。
我們將從商用OCT系統中獲得設計規格。
展開 FRED部分相干模擬
FRED將高斯光分束運算法則運用于傳播相干光場通過系統幾何模型。這里我們來看一下這項性能的示范。
高斯光分束（GBD）的綜合形式使得FRED可以對廣泛的物理光學現象進行解釋。在過去的1/4世紀里，GBD運算法則已被證明在模擬衍射和干涉效應上具有顯著的精確性。這里我們演示FRED的GBD性能用于說明部分相干，我們來觀察一個衍射計的例子。
衍射計[1],[2]是演示部分相干性很有用的一個儀器。實驗結構裝置可以用下圖表示。擴展非相干光源S0通過透鏡L0成像于S1。由S1出來的光線通過L1準直并通過透鏡L2聚焦于平面F上。包含兩孔徑P1和P2的非透明屏A置于透鏡L1和L2中間。孔徑P1和P2可以為任何形狀、尺寸和位置。
在FRED模型中，如上圖中紅色虛線所圈出部分用于收集點光源隨機發出的不同波長的光線，它的作用類似于小孔區域的S1。這種收集而來的光線類似于Born & Wolf提出的準單色光源。在平面F上，光源中的不同波長形成了干涉圖。通過設計，FRED演示了相同波長的相干性和不同波長之間的非相干。因此，在F面上的總照度圖形成了不同相干成分下的非相干的總和。
根據由P.H. van Cittert在 1934 和 F. Zernike 在 1938提出重要的部分相干理論的獨立發展，在S1 處的光源收集引起了在A處屏上兩點P1和P2之間的場產生了相關性。先驅的Cittert-Zernike法則確定了以下部分相干的關系式：
這里r是小孔S1的半徑，d是兩孔P1和P2的中心距離。R是透鏡L1的焦距，r1和r2是孔P1和P2離開光軸的距離，而Im是平均波長。
作為測試FRED的性能，我們已經得出了和Thompson and Wolf通過計算在分開距離為d的小孔P1和P2，在平面F上的照度計算吻合的結果。
展開 GLAD應用：部分相干光模擬
概述
一個理想的單色點光源發射的光是完全相干光。但實際物理光源不是點源，總是具有一定的空間尺度并包含眾多輻射單元，其發出的光也非嚴格的單色光,其光譜具有一定寬度，這種光即部分相干光。產生部分相干光主要有三種方法：
（1）降低激光的相干性來獲得部分相干光。用動態散射體降低激光的相干性，通過控制散射體的性質來控制散射體后光束的相干性。（2）利用Van-Citter-Zernike定理使擴展光源發出的非相干光成為部分相干光。（3）將一些互不相干的激光本征模疊加來產生部分相干光束。
系統描述
本例介紹了如何上述第二種方法來實現部分相干光的建模。如圖1所示，整體結構是一個科勒照明系統。一個聚光元件將非相干光源傳遞到轉像透鏡的入瞳處。非相干光源照亮物體掩膜面，并在最后的像面上得到適當放大的像。為了對光束合理采樣，光源放在物體掩膜的共軛面處，以便光源具有一定的尺寸，而不是理想點光源。對于具有一定尺寸的光源，它所成的像就是部分相干的。當光源大到可以填滿轉像透鏡入瞳時，其所成的像就將是非相干的。
圖1.部分相干光建模示意圖
部分相干光的建模過程為：將光源看作無數的點光源，每個點光源通過系統成像，并在成像面上進行非相干疊加。因為點光源發出的光線要通過整個系統，所以點光源的數目一定要盡量小。一個完整的相干系統只需要一個點光源，而部分相干系統可能需要10個，而非相干系統差不多要求50個。
展開 GLAD：部分相干光模擬
概述
一個理想的單色點光源發射的光是完全相干光。但實際物理光源不是點源，總是具有一定的空間尺度并包含眾多輻射單元，其發出的光也非嚴格的單色光,其光譜具有一定寬度，這種光即部分相干光。產生部分相干光主要有三種方法：
（1）降低激光的相干性來獲得部分相干光。用動態散射體降低激光的相干性，通過控制散射體的性質來控制散射體后光束的相干性。（2）利用Van-Citter-Zernike定理使擴展光源發出的非相干光成為部分相干光。（3）將一些互不相干的激光本征模疊加來產生部分相干光束。
系統描述
本例介紹了如何上述第二種方法來實現部分相干光的建模。如圖1所示，整體結構是一個科勒照明系統。一個聚光元件將非相干光源傳遞到轉像透鏡的入瞳處。非相干光源照亮物體掩膜面，并在最后的像面上得到適當放大的像。為了對光束合理采樣，光源放在物體掩膜的共軛面處，以便光源具有一定的尺寸，而不是理想點光源。對于具有一定尺寸的光源，它所成的像就是部分相干的。當光源大到可以填滿轉像透鏡入瞳時，其所成的像就將是非相干的。
圖1.部分相干光建模示意圖
部分相干光的建模過程為：將光源看作無數的點光源，每個點光源通過系統成像，并在成像面上進行非相干疊加。因為點光源發出的光線要通過整個系統，所以點光源的數目一定要盡量小。一個完整的相干系統只需要一個點光源，而部分相干系統可能需要10個，而非相干系統差不多要求50個。
展開 GLAD應用：部分相干光模擬
· 光學技術文章分享 ·
GLAD
GLAD應用：部分相干光模擬
概述
一個理想的單色點光源發射的光是完全相干光。但實際物理光源不是點源，總是具有一定的空間尺度并包含眾多輻射單元，其發出的光也非嚴格的單色光,其光譜具有一定寬度，這種光即部分相干光。產生部分相干光主要有三種方法：
（1）降低激光的相干性來獲得部分相干光。用動態散射體降低激光的相干性，通過控制散射體的性質來控制散射體后光束的相干性。（2）利用Van-Citter-Zernike定理使擴展光源發出的非相干光成為部分相干光。（3）將一些互不相干的激光本征模疊加來產生部分相干光束。
系統描述
本例介紹了如何上述第二種方法來實現部分相干光的建模。如圖1所示，整體結構是一個科勒照明系統。一個聚光元件將非相干光源傳遞到轉像透鏡的入瞳處。非相干光源照亮物體掩膜面，并在最后的像面上得到適當放大的像。為了對光束合理采樣，光源放在物體掩膜的共軛面處，以便光源具有一定的尺寸，而不是理想點光源。對于具有一定尺寸的光源，它所成的像就是部分相干的。當光源大到可以填滿轉像透鏡入瞳時，其所成的像就將是非相干的。
圖1.部分相干光建模示意圖
部分相干光的建模過程為：將光源看作無數的點光源，每個點光源通過系統成像，并在成像面上進行非相干疊加。因為點光源發出的光線要通過整個系統，所以點光源的數目一定要盡量小。一個完整的相干系統只需要一個點光源，而部分相干系統可能需要10個，而非相干系統差不多要求50個。
展開 
空間擴展部分相干光源的建模
在數值模擬中，當我們將光表示為電磁場時，空間擴展光源可以用幾個無關的完全相干場來模擬，這些場具有相同的能量密度，但彼此之間有部分位移[J. Opt. Soc. Am. A 27 (9), 2010]。在快速物理光學軟件VirtualLab Fusion中，我們利用這種方法建模了一個空間擴展部分相干光源，并探討了基本場的配置和場的數量對光源的影響，然后利用該光源進行楊氏干涉實驗，通過檢測干涉條紋對比度的變化來研究光源的相干特性。
用移位基本場法建模空間擴展光源
本用例演示了如何基于楊氏干涉實驗，實現Tervo等人報道的移位基本場法[J. Opt. Soc. Am. A 27 (9), 2010]，以獲得空間擴展光源的精確模型。
楊氏干涉實驗
在VirtualLab Fusion中，我們復制了著名的楊氏干涉實驗，并驗證了狹縫寬度、狹縫距離以及擴展光源的影響。
展開 GLAD應用：部分相干光模擬
本例介紹了如何上述第二種方法來實現部分相干光的建模。如圖1所示，整體結構是一個科勒照明系統。一個聚光元件將非相干光源傳遞到轉像透鏡的入瞳處。非相干光源照亮物體掩膜面，并在最后的像面上得到適當放大的像。為了對光束合理采樣，光源放在物體掩膜的共軛面處，以便光源具有一定的尺寸，而不是理想點光源。對于具有一定尺寸的光源，它所成的像就是部分相干的。當光源大到可以填滿轉像透鏡入瞳時，其所成的像就將是非相干的。
系統描述
（1）降低激光的相干性來獲得部分相干光。用動態散射體降低激光的相干性，通過控制散射體的性質來控制散射體后光束的相干性。（2）利用Van-Citter-Zernike定理使擴展光源發出的非相干光成為部分相干光。（3）將一些互不相干的激光本征模疊加來產生部分相干光束。
一個理想的單色點光源發射的光是完全相干光。但實際物理光源不是點源，總是具有一定的空間尺度并包含眾多輻射單元，其發出的光也非嚴格的單色光,其光譜具有一定寬度，這種光即部分相干光。產生部分相干光主要有三種方法：
概述
展開 GLAD：部分相干光模擬
概述
一個理想的單色點光源發射的光是完全相干光。但實際物理光源不是點源，總是具有一定的空間尺度并包含眾多輻射單元，其發出的光也非嚴格的單色光,其光譜具有一定寬度，這種光即部分相干光。產生部分相干光主要有三種方法：
（1）降低激光的相干性來獲得部分相干光。用動態散射體降低激光的相干性，通過控制散射體的性質來控制散射體后光束的相干性。（2）利用Van-Citter-Zernike定理使擴展光源發出的非相干光成為部分相干光。（3）將一些互不相干的激光本征模疊加來產生部分相干光束。
系統描述
本例介紹了如何上述第二種方法來實現部分相干光的建模。如圖1所示，整體結構是一個科勒照明系統。一個聚光元件將非相干光源傳遞到轉像透鏡的入瞳處。非相干光源照亮物體掩膜面，并在最后的像面上得到適當放大的像。為了對光束合理采樣，光源放在物體掩膜的共軛面處，以便光源具有一定的尺寸，而不是理想點光源。對于具有一定尺寸的光源，它所成的像就是部分相干的。當光源大到可以填滿轉像透鏡入瞳時，其所成的像就將是非相干的。
圖1.部分相干光建模示意圖
部分相干光的建模過程為：將光源看作無數的點光源，每個點光源通過系統成像，并在成像面上進行非相干疊加。因為點光源發出的光線要通過整個系統，所以點光源的數目一定要盡量小。一個完整的相干系統只需要一個點光源，而部分相干系統可能需要10個，而非相干系統差不多要求50個。
展開 GLAD應用：部分相干光模擬
概述
一個理想的單色點光源發射的光是完全相干光。但實際物理光源不是點源，總是具有一定的空間尺度并包含眾多輻射單元，其發出的光也非嚴格的單色光,其光譜具有一定寬度，這種光即部分相干光。產生部分相干光主要有三種方法：
（1）降低激光的相干性來獲得部分相干光。用動態散射體降低激光的相干性，通過控制散射體的性質來控制散射體后光束的相干性。（2）利用Van-Citter-Zernike定理使擴展光源發出的非相干光成為部分相干光。（3）將一些互不相干的激光本征模疊加來產生部分相干光束。
系統描述
本例介紹了如何上述第二種方法來實現部分相干光的建模。如圖1所示，整體結構是一個科勒照明系統。一個聚光元件將非相干光源傳遞到轉像透鏡的入瞳處。非相干光源照亮物體掩膜面，并在最后的像面上得到適當放大的像。為了對光束合理采樣，光源放在物體掩膜的共軛面處，以便光源具有一定的尺寸，而不是理想點光源。對于具有一定尺寸的光源，它所成的像就是部分相干的。當光源大到可以填滿轉像透鏡入瞳時，其所成的像就將是非相干的。
圖1.部分相干光建模示意圖
部分相干光的建模過程為：將光源看作無數的點光源，每個點光源通過系統成像，并在成像面上進行非相干疊加。因為點光源發出的光線要通過整個系統，所以點光源的數目一定要盡量小。一個完整的相干系統只需要一個點光源，而部分相干系統可能需要10個，而非相干系統差不多要求50個。
展開 