光譜特性的案例
VirtualLab Unity應用：導入自定義光譜用于薄膜特性計算
摘要
光源是任何光學系統的重要組成部分，在實際應用中，光源往往具有獨特的光譜分布、空間輻射特性或時間變化規律，通過自定義光源，可直接導入實測數據，確保仿真結果與物理原型高度一致。在本案例中，將演示如何在VirtualLab Unity軟件中導入一個自定義光源，并查看在該光源在經過一個四層AR膜后的膜系的光譜。
創建項目
1、在開始選項卡中，用戶可以創建一個光學薄膜設計項目。
2、為新項目命名并確認后，將創建一個新的光學薄膜設計項目。
3、創建的新項目中默認采用波長為510nm的光源，默認的薄膜也只有一層，用戶可以在此窗口中定義所需的光源和膜系結構。
導入四層AR膜
1、點擊“從光學薄膜庫導入”，就可以從薄膜庫中導入所需薄膜。
2、在薄膜庫中，選擇“Four Layer AR”，再點擊替換就可將選中的四層AR膜導入到項目中。
3、四層AR膜導入完成。
導入自定義光源
1、在膜層設計的系統配置下，將光源設置為通過導入光譜數據來自定義光源，可在上圖所示位置加載光譜數據。
2、在導入光譜數據文件后，將Rel Output這一行排除，并點擊下一步。
2、在導入光譜數據文件后，將Rel Output這一行排除，并點擊下一步。
3、在選擇列間的分隔符時，保持默認的“Tab鍵分隔”，并點擊下一步。
4、在選擇標題設置列的類型時，第一列設置為波長，第二列設置為相對強度，并點擊下一步。
展開 VirtualLab Unity應用：導入自定義光譜用于薄膜特性計算
光源是任何光學系統的重要組成部分，在實際應用中，光源往往具有獨特的光譜分布、空間輻射特性或時間變化規律，通過自定義光源，可直接導入實測數據，確保仿真結果與物理原型高度一致。在本案例中，將演示如何在VirtualLab Unity軟件中導入一個自定義光源，并查看在該光源在經過一個四層AR膜后的膜系的光譜。
摘要
[VirtualLab] 利用高效透射光柵的超短脈沖展寬與壓縮
棱鏡和光柵是用于操控超短脈沖時域特性的常用光學元件。在此示例中，根據T. Clausnitzer等人的工作，我們使用兩個透射光柵來構建用于超短脈沖的展寬/壓縮系統。特別地，我們分析了光柵所引起的偏振效應，并對光柵進行了優化，得到了一個高效的偏振無關系統。
2. 任務描述
3. 輸出光束的空間特性(@載波波長)
4. 輸出脈沖的光譜特性
5. 輸出脈沖的時間特性
6. 載波波長的偏振無關光柵設計
7. 參數優化
8. 任務描述
9. 輸出光束的空間特性(@載波波長)
10. 輸出脈沖的光譜特性
11. 輸出脈沖的時間特性
12. 走進VirtualLab Fusion
13. VirtualLab Fusion工作流程
? 設置輸入高斯場
- 基本光源模型[教程視頻]
? 設置真實結構的光柵并選擇工作衍射級次
? 選擇并設置脈沖評估探測器
? 高效偏振無關設計透射光柵
- 高效偏振無關透射光柵的分析和設計[用例]
14. VirtualLab Fusion 技術
15.
展開 利用高效透射光柵的超短脈沖展寬與壓縮
棱鏡和光柵是用于操控超短脈沖時域特性的常用光學元件。在此示例中，根據T. Clausnitzer等人的工作，我們使用兩個透射光柵來構建用于超短脈沖的展寬/壓縮系統。特別地，我們分析了光柵所引起的偏振效應，并對光柵進行了優化，得到了一個高效的偏振無關系統。
2. 任務描述
3. 輸出光束的空間特性(@載波波長)
4. 輸出脈沖的光譜特性
5. 輸出脈沖的時間特性
6. 載波波長的偏振無關光柵設計
7. 參數優化
8. 任務描述
9. 輸出光束的空間特性(@載波波長)
10. 輸出脈沖的光譜特性
11. 輸出脈沖的時間特性
12. 走進VirtualLab Fusion
13. VirtualLab Fusion工作流程
? 設置輸入高斯場
- 基本光源模型[教程視頻]
? 設置真實結構的光柵并選擇工作衍射級次
? 選擇并設置脈沖評估探測器
? 高效偏振無關設計透射光柵
- 高效偏振無關透射光柵的分析和設計[用例]
14. VirtualLab Fusion 技術
15.
展開 
基于Rsoft軟件進行長周期光纖光柵模擬
通過光纖光柵模式耦合及透射譜的相關理論知識，LPFG的光譜特性受光柵周期，包層厚度及光柵長度等變量影響。
圖1 LPFG幾何模型
在研究分析光譜特性過程中，相位匹配曲線即諧振波長與光柵周期的關系曲線是不可或缺的環節，本文所建立的LPFG模型均是在Rsoft平臺上操作的，如圖1所示。
上圖中可以詳細全面地觀察到光柵的XYZ各方向的形態。軟件在各參數設置好后如圖2所示其中光纖光柵參數具體設置為：折變量為0.0005，柵區長度為20000，纖芯折射率為1.4681，包層折射率1.4628，纖芯半徑4.15，包層半徑為62.5，環境折射率為1，柵格調制區長度/光柵長度（占空比）為0.5。
圖3中標注的各模式階次,是在Rsoft中Edit Symbols里將free space wavelength改為要查看的模式階次諧振波長，然后在Perform Simulation只仿真該諧振波長，可以查看到對應的階次的模式圖。
展開 JCMsuite應用：介質超表面的仿真
光譜特性
在參考文獻 [1]中，對透射光譜進行了調整以提供顏色過濾。腳本data_analysis/run_scan_illumination.py的目的是重現文章中圖1的光譜圖。
相位分布
要改變透射波前的形狀，需要控制其相應的相位。對于一個給定的結構，我們從瓊斯矩陣中得到這個相位，這個矩陣是由后處理散射矩陣(ScatteringMatrix.)計算出來的。這為任意兩個線性獨立入射場的透射階的p和s偏振分量產生了一個復透射系數。它的相位是透射波相對于入射波的相移。雖然絕對相位很少引起人們的興趣，但它對原子參數和入射光的變化關系通常是令人感興趣的。
下圖描繪了透射系數的幅值和相位(由于對稱性，這與偏振性無關):
這個圖也是由腳本data_analysis/run_scan_illumination.py生成的。
納米片半徑和高度的變化會影響相位和透射率。這個光譜特性使用腳本data_analysis/run_scan_geometry.py來研究。在這里，納米片的直徑和高度發生了變化，并記錄了相位和透射的變化。
參考文獻
[1]Berzins, Jonas, Fabrizio Silvestri, Giampiero Gerini, Frank Setzpfandt, Thomas Pertsch, and Stefan MB Baeumer. “Color filter arrays based on dielectric metasurface elements.” In Metamaterials XI, vol. 10671, p. 106711F. International Society for Optics and Photonics, 2018.
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光譜特性
在參考文獻 [1]中，對透射光譜進行了調整以提供顏色過濾。腳本data_analysis/run_scan_illumination.py的目的是重現文章中圖1的光譜圖。
相位分布
要改變透射波前的形狀，需要控制其相應的相位。對于一個給定的結構，我們從瓊斯矩陣中得到這個相位，這個矩陣是由后處理散射矩陣(ScatteringMatrix.)計算出來的。這為任意兩個線性獨立入射場的透射階的p和s偏振分量產生了一個復透射系數。它的相位是透射波相對于入射波的相移。雖然絕對相位很少引起人們的興趣，但它對原子參數和入射光的變化關系通常是令人感興趣的。
下圖描繪了透射系數的幅值和相位(由于對稱性，這與偏振性無關):
這個圖也是由腳本data_analysis/run_scan_illumination.py生成的。
納米片半徑和高度的變化會影響相位和透射率。這個光譜特性使用腳本data_analysis/run_scan_geometry.py來研究。在這里，納米片的直徑和高度發生了變化，并記錄了相位和透射的變化。
參考文獻
[1]Berzins, Jonas, Fabrizio Silvestri, Giampiero Gerini, Frank Setzpfandt, Thomas Pertsch, and Stefan MB Baeumer. “Color filter arrays based on dielectric metasurface elements.” In Metamaterials XI, vol. 10671, p. 106711F.
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光譜特性
在參考文獻 [1]中，對透射光譜進行了調整以提供顏色過濾。腳本data_analysis/run_scan_illumination.py的目的是重現文章中圖1的光譜圖。
相位分布
要改變透射波前的形狀，需要控制其相應的相位。對于一個給定的結構，我們從瓊斯矩陣中得到這個相位，這個矩陣是由后處理散射矩陣(ScatteringMatrix.)計算出來的。這為任意兩個線性獨立入射場的透射階的p和s偏振分量產生了一個復透射系數。它的相位是透射波相對于入射波的相移。雖然絕對相位很少引起人們的興趣，但它對原子參數和入射光的變化關系通常是令人感興趣的。
下圖描繪了透射系數的幅值和相位(由于對稱性，這與偏振性無關):
這個圖也是由腳本data_analysis/run_scan_illumination.py生成的。
納米片半徑和高度的變化會影響相位和透射率。這個光譜特性使用腳本data_analysis/run_scan_geometry.py來研究。在這里，納米片的直徑和高度發生了變化，并記錄了相位和透射的變化。
參考文獻
[1] Berzins, Jonas, Fabrizio Silvestri, Giampiero Gerini, Frank Setzpfandt, Thomas Pertsch, and Stefan MB Baeumer. “Color filter arrays based on dielectric metasurface elements.” In Metamaterials XI, vol. 10671, p. 106711F.
展開 仿真揭示光環諧振器中的“回音廊”效應
光環諧振器的其他應用還包括可調諧機械傳感器、生物傳感器、光譜學，以及量子光子研究
在光環諧振器中，光沿著環路傳播，并由于全內反射（total internal reflection，簡稱 TIR）而保留在波導中。全內反射是一種光學現象，即光線不會折射通過它們觸及的介質邊界。
光在光環諧振器中的傳播。
由于只有少數波長在這些環路中達到諧振，因此光環諧振器被用作濾波器。諧振腔耦合器的傳輸損耗可以對波在傳播過程中產生的損耗起到平衡作用，對陷波濾波器來說非常理想。
在 COMSOL 軟件中模擬光環諧振器
波動光學模擬軟件有助于評估光環諧振器的光譜特性。例如，你可以使用 COMSOL 軟件和附加的波動光學模塊，模塊中包含預定義的電磁波，波束包絡接口。此接口用于模擬光波在許多波長上的傳播，你可以利用其中的分析結果來評估光環諧振器作為陷波濾波器的性能。
電磁波，波束包絡接口基于波束包絡法，這是一種數值方法，用于分析大型光學仿真中的慢變電場包絡。與傳統光學分析方法相比，波束包絡法不需要一套細化的網格即可解析波的傳播，這使得此方法成為一種計算高效的選擇。
在兩個波導之間的邊界上發生相位躍變的光環諧振器（y = 0）。
在直波導與環形波導之間的邊界上存在不連續的相位近似。通過執行場連續性 邊界條件，可以處理這種相位不連續以及場包絡的相位不連續。該邊界條件使得電場和磁場在邊界上具有連續的切向分量，即使存在相位躍變也是如此。
計算仿真結果
為了計算模型的光譜特性，你可以使用波動光學特有的模擬特征來運行邊界模式分析和頻域研究。下圖為諧振波長的場圖。這些結果表明，當直波導中的場與環形波導中的場發生干涉時，它們是異相的；因此，直波導中的出射場幾乎為零。由于幾乎沒有光從直波導傳輸，所以可以認為這個光環諧振器是設計良好的陷波濾波器。
展開 IBM新方法，向超越7納米前進
沿著這些思路，研究人員正在開發其光譜特性由組裝的納米材料決定的、專用的芯片上光發射器和探測器。
來源：IEEE電氣電子工程師學會
作者：Dexter Johnson
干涉條紋研究
通過觀察和研究條紋圖案，可以判斷表面形狀質量或關于光譜帶寬的儀表信息。利用VirtualLab Fusion中非序列場追跡技術，可以輕松地設置和分析光學干涉儀。在這里提出兩個經典的基于邁克爾遜干涉儀的例子：一個高質量相干激光光源，另一個寬帶白光光源。
模擬使用氙氣燈作為光源的邁克爾遜干涉儀，充分考慮了光源的光譜特性（有限的相干長度）。
仿真分析復現
1.結構三維模型(格式如 STEP、IGES 或 STL):用于建立仿真幾何基礎 2.光源參數: 類型(如 LED、激光、太陽光等) 功率/亮度 光譜特性(波長或色溫) 發光角度分布(如 Lambertian、走向光等)3.材料光學屬性: 折射率、透射率、反射率 是否吸收或散射光
干涉條紋研究.....
通過觀察和研究條紋圖案，可以判斷表面形狀質量或關于光譜帶寬的儀表信息。利用VirtualLab Fusion中非序列場追跡技術，可以輕松地設置和分析光學干涉儀。在這里提出兩個經典的基于邁克爾遜干涉儀的例子：一個高質量相干激光光源，另一個寬帶白光光源。
基于激光的邁克爾遜干涉儀
借助VirtualLab Fusion中非序列追跡技術建立了該邁克爾遜干涉儀，并展示了不同配置中的干涉條紋。
白光邁克爾遜干涉儀
模擬使用氙氣燈作為光源的邁克爾遜干涉儀，充分考慮了光源的光譜特性（有限的相干長度）。
邁克爾遜干涉儀和光學計量學
邁克爾遜干涉儀
在充分考慮氙氣燈光源的光譜特性（即有限的相干長度）基礎上建模具有氙氣燈的邁克爾遜干涉儀。
光學層析掃描干涉儀
使用低相干氙氣燈，建立一個邁克爾遜干涉儀，用以精確掃描給定樣品的表面輪廓。
[NEWSLETTER] 邁克爾遜干涉儀和光學計量學
邁克爾遜干涉儀
在充分考慮氙氣燈光源的光譜特性（即有限的相干長度）基礎上建模具有氙氣燈的邁克爾遜干涉儀。
光學層析掃描干涉儀
使用低相干氙氣燈，建立一個邁克爾遜干涉儀，用以精確掃描給定樣品的表面輪廓。
