表面建模
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時(shí)間：2026-01-05
表面建模的實(shí)例教程
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建模任務(wù)
在許多現(xiàn)代光學(xué)應(yīng)用中，實(shí)現(xiàn)最大可能的緊湊性是最受追捧的優(yōu)化目標(biāo)之一。造成這種情況的原因有很多：便攜式設(shè)備的光學(xué)元件安裝空間較小，而較小的系統(tǒng)往往具有較低的重量和材料成本。最近在這一領(lǐng)域提出的一種巧妙的策略是“空間板”：超表面允許在自由空間中模擬比空間板的實(shí)際厚度長(zhǎng)得多的傳播。例如，這樣的元件可以縮短聚焦透鏡后的距離同時(shí)實(shí)現(xiàn)聚焦(不改變NA)。在這個(gè)例子中，我們展示了由Orad Reshef等人提出的多層超材料的空間板的特性，并研究了其在光學(xué)建模和設(shè)計(jì)軟件VirtualLab Fusion中的行為。
同時(shí)具有折射和衍射表面的混合透鏡已成為一種極具潛力的解決方案應(yīng)用于多種領(lǐng)域。在此案例中，我們將演示混合目鏡的一個(gè)例子，其中利用衍射透鏡表面對(duì)色差進(jìn)行了校正。由ZemaxOpticStudio?進(jìn)行初始化設(shè)計(jì)，并導(dǎo)入VirtualLab Fusion進(jìn)行進(jìn)一步研究。建模可以基于期望的波前相位響應(yīng)或者考慮實(shí)際的衍射表面結(jié)構(gòu)（以連續(xù)或量化的方式）進(jìn)行。
1. 摘要
最近在這一領(lǐng)域提出的一種巧妙的策略是“空間板”：超表面允許在自由空間中模擬比空間板的實(shí)際厚度長(zhǎng)得多的傳播。例如，這樣的元件可以縮短聚焦透鏡后的距離同時(shí)實(shí)現(xiàn)聚焦(不改變NA)。在這個(gè)例子中，我們展示了由Orad Reshef等人提出的多層超材料的空間板的特性，并研究了其在光學(xué)建模和設(shè)計(jì)軟件VirtualLab Fusion中的行為。
建模任務(wù)
建模技術(shù)的單平臺(tái)互操作性
當(dāng)光在系統(tǒng)中傳播時(shí)，它將與不同的元件相遇并相互作用。系統(tǒng)的每個(gè)元件都需要一個(gè)在精度和速度之間提供良好折衷的合適模型：
? 自由空間傳播
? 空間板
? 探測(cè)器
連接建模技術(shù)：自由空間傳播
? 自由空間傳播
? 空間板
? 探測(cè)器
可用的自由空間傳播建模技術(shù):
由于向焦點(diǎn)的傳播必須包含衍射效應(yīng)才能獲得準(zhǔn)確的結(jié)果，因此選擇傅里葉域技術(shù)作為模擬速度和精度之間的良好折衷。
連接建模技術(shù)：分束器
? 自由空間傳播
? 空間板
? 探測(cè)器
分束器可用的建模技術(shù):
由于S矩陣求解器完全在k域中運(yùn)行，因此在應(yīng)用該求解器時(shí)不需要在域之間切換(傅里葉變換)的額外步驟。這是允許最快的模擬速度，同時(shí)保持嚴(yán)格的模型。
展開(kāi) 摘要
同時(shí)具有折射和衍射表面的混合透鏡已成為一種極具潛力的解決方案應(yīng)用于多種領(lǐng)域。在此案例中，我們將演示混合目鏡的一個(gè)例子，其中利用衍射透鏡表面對(duì)色差進(jìn)行了校正。由ZemaxOpticStudio?進(jìn)行初始化設(shè)計(jì)，并導(dǎo)入VirtualLab Fusion進(jìn)行進(jìn)一步研究。建模可以基于期望的波前相位響應(yīng)或者考慮實(shí)際的衍射表面結(jié)構(gòu)（以連續(xù)或量化的方式）進(jìn)行。
2. 設(shè)計(jì)與建模任務(wù)
基于波前相位響應(yīng)的分析
1. 軸上情況：光線追跡分析
2. 軸上情況：場(chǎng)追跡分析
3. 離軸情況：光線追跡分析
4. 離軸情況：場(chǎng)追跡分析
基于實(shí)際表面結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析
1. 衍射透鏡結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
2. 近軸情況：想要的與不想要的衍射級(jí)次
3. 量化衍射透鏡結(jié)構(gòu)的可視化
4. 近軸情況：不同量化的方案
5. 離軸情況：想要的與不想要的衍射級(jí)次
6. 近軸情況：不同量化的方案
7. VirtualLab Fusion一瞥
8. VirtualLab Fusion中的工作流程
? 從Zemax OpticStudio?中導(dǎo)入光學(xué)系統(tǒng)
- Import Optical Systems from Zemax [使用案例]
? 配置衍射透鏡
? 參數(shù)運(yùn)行的配置
- Usage of the Parameter Run Document [使用案例]
9.
展開(kāi) 
表面建模的相關(guān)專題、標(biāo)簽、搜索
表面建模的最新內(nèi)容
該鏡頭的結(jié)構(gòu)參數(shù)與表面特性是建模的基礎(chǔ)。隨后，在 OAS 材料庫(kù)中選擇或自定義紅外光學(xué)材料，并依據(jù)實(shí)際需求輸入詳細(xì)的光學(xué)參數(shù)，如折射率、吸收率等，將這些參數(shù)準(zhǔn)確定義在鏡頭表面，確保模型真實(shí)反映實(shí)際光學(xué)系統(tǒng)的物理特性。OAS軟件支持導(dǎo)入機(jī)械結(jié)構(gòu)以及其他光學(xué)軟件建立的鏡頭文件，實(shí)現(xiàn)光學(xué)-機(jī)械一體化建模。
? 光源設(shè)置
創(chuàng)建適用于紅外冷反射分析的光源。
? 折超混合系統(tǒng)設(shè)計(jì)，適配輕量化成像需求
軟件的折超混合設(shè)計(jì)模塊支持傳統(tǒng)折射光學(xué)元件與超表面元件的混合建模與優(yōu)化，為超薄成像系統(tǒng)提供靈活的設(shè)計(jì)方案。
總結(jié)
我們通過(guò)上述方式介紹了如何將Zygo表面測(cè)量的干涉儀數(shù)據(jù)導(dǎo)入至OpticStudio中作為表面進(jìn)行建模，并通過(guò)一個(gè)理想示在本文中，我們討論了在將數(shù)據(jù)導(dǎo)入 OpticStudio 之前，如何通過(guò)旋轉(zhuǎn)、翻轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)來(lái)調(diào)整測(cè)量的干涉圖數(shù)據(jù)的方向，具體取決于表面的形狀以及它是鏡頭的正面還是背面。根據(jù)測(cè)試結(jié)果，所需的準(zhǔn)備步驟可以總結(jié)如下。意系統(tǒng)驗(yàn)證了該方法的可行性。
小結(jié)
我們通過(guò)上述方式介紹了如何將Zygo表面測(cè)量的干涉儀數(shù)據(jù)導(dǎo)入至OpticStudio中作為表面進(jìn)行建模，并通過(guò)一個(gè)理想示意系統(tǒng)驗(yàn)證了該方法的可行性。本文為該系列文章的第一篇，后續(xù)文章我們將利用一些更為實(shí)際的系統(tǒng)，進(jìn)行更加全面的嘗試和介紹。
自由空間傳播方法
迭代傅里葉變化及角譜方法
將高斯光整形成矩形平頂光束的設(shè)計(jì)優(yōu)化
衍射光學(xué)元件分束設(shè)計(jì)優(yōu)化
生成圖案的衍射擴(kuò)散器設(shè)計(jì)
基于薄元近似的實(shí)際結(jié)構(gòu)與公差分析仿真
衍射光學(xué)元件加工文件導(dǎo)出
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周期性微納結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)
傅里葉模態(tài)法（Fourier Modal Method）仿真
微透鏡陣列仿真
蛾眼減反射表面的建模和仿真優(yōu)化
授課時(shí)間：：2026/5/28（四）-5/29（五）（各城市并行開(kāi)課）
課程時(shí)數(shù)：2天/城市
授課地點(diǎn)：深圳市光明區(qū)鳳凰街道尚智科技園1棟B座1503
課程講師：訊技光電工程師隊(duì)
課程費(fèi)用：3600RMB/1人次
(課程包含課程材料費(fèi)、開(kāi)票稅金、午餐費(fèi))
課程簡(jiǎn)介
Course Introduction
光柵是現(xiàn)代光學(xué)系統(tǒng)中最為常用的一種衍射光學(xué)元件
本課程的一個(gè)主要亮點(diǎn)是表面薄膜建模的介紹。這使您能夠以物理上有意義的方式模擬粒子-壁面相互作用，包括反彈、吸收和飛濺等現(xiàn)象。這些效應(yīng)在噴霧冷卻、涂層工藝和燃燒系統(tǒng)等應(yīng)用中至關(guān)重要。您將了解薄膜模型如何集成到歐拉-拉格朗日框架中，以及質(zhì)量和動(dòng)量交換如何在邊界發(fā)生。
一旦建立了稀薄粒子流的基礎(chǔ)，課程就過(guò)渡到使用DPMFoam的更高級(jí)領(lǐng)域。
在這里，我們展示了一個(gè)混合目鏡的例子，其中一個(gè)用真實(shí)表面建模的衍射透鏡被用來(lái)糾正色差。利用局部線性光柵近似（LLGA）電磁場(chǎng)求解器處理衍射光柵結(jié)構(gòu)的傳播，并結(jié)合薄透鏡組元近似（TEA）和傅里葉模態(tài)法（FMM）作為基礎(chǔ)局部求解器。內(nèi)部精度準(zhǔn)則控制兩種算法中哪一種使用在哪個(gè)橫向位置。
注：如果用戶獲得的特定散射表面信息是實(shí)測(cè)的 BSDF 數(shù)據(jù)，而不是通過(guò)將實(shí)測(cè)表面粗糙度數(shù)據(jù)擬合到 K-相關(guān)模型得到參數(shù)時(shí)，我們強(qiáng)烈建議直接使用實(shí)測(cè)的 BSDF 數(shù)據(jù)進(jìn)行表面散射分布建模。
在Step模塊下—other—ALE Adaptive Mesh Domain設(shè)置，如下：
提交計(jì)算
結(jié)果
以下討論主要聚焦于案例1的結(jié)果，在該案例中，坯料使用CAX4R單元建模，剛性模具使用解析剛體表面建模，并且在Abaqus/Explicit中使用了純剛度沙漏控制。
在坯料壓下量為44%（即模具總位移的73.3%）時(shí)的變形網(wǎng)格如圖2、圖3和圖4所示。
