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、耦入光柵、轉向光柵和耦出光柵）對該結構進行光線追跡，軟件可以輸出眼盒的能量分布，后續也可以通過軟件來進行均勻性，成像的MTF分析等：圖4.2 AR 衍射光波導追跡結構與光路圖。

（光線追跡后的系統圖）（像面的輻照度分布圖）總結本案例通過 OAS 光學軟件，對衍射光波導系統進行了全面且深入的光學性能分析。不僅借助光線追跡直觀呈現了系統的光路結構，還通過像面輻照度分布精準定位了雜散光問題及其來源?；谶@些分析結果，為后續對透鏡準直系統的膜層優化、材料選擇改進等系統優化措施提供了明確方向。

但光線追跡上，我們是使用不同的方法來描述的。光線追跡的處理方式是如同上面第一張圖表的。過程中只有三條光線：入射、穿透以及反射。你可以隨意的放大檢視，永遠只有三條線。膜層本身不用光線追跡來處理，而用不同的函數來操作。對於光線追跡，光學相位的超前或延遲都是沿著光線觀察的。Zemax OpticStudio直接追跡光線到基板的位置，忽略中間的膜層及其厚度。膜層被假設鍍在基板表面之前。

3.3 輸出耦合光柵核心參數匹配波導內光路入射角度θ=43.1°、φ=0°，垂直出射θ=0°、φ=0°；光柵周期0.51μm，優化衍射級次m=-1，保障光路垂直投射至駕駛員視野。

空間光調制器(SLM.0002 v1.1) 應用示例簡述 1. 系統細節? 光源— 高斯光束? 組件— 反射型空間光調制器組件及后續的2f系統? 探測器— 視覺感知的仿真— 電磁場分布? 建模/設計— 場追跡：? 一個SLM像素陣列處光傳播的仿真，仿真中包括了SLM像素間無功能間隔引起的衍射效應。

Lumerical RCWA 或 FDTD 來模擬衍射光柵；3.Speos 生成光輻射圖和人眼感知仿真結果。

1.3 參數化 DOE 矢高 -> 利用 FFT/Huygens PSF 光線追跡除了使用相位輪廓來表示DOE之外，還可以直接在序列模式下對詳細的矢高進行建模，並使用傳統的光線追跡引擎設計DOE並進行FFT和Huygens PSF之類的分析。此方法僅在DOE的特徵尺寸不太接近波長尺度（矢量繞射效果很強）時才有效。因此，該方法不適用於超穎透鏡。

為填補國內空白，本研究團隊研發了完全自主可控的 3D 可視化衍射光波導仿真模塊，覆蓋 k 域分析、光波導仿真與優化全過程，可納入微投影光機和人眼模型實現全維度仿真。

光路編輯器結果呈現點擊場追跡（Profile：General），可以得到相應的場追跡的結果。如圖4，可以看到探測器602顯示的8mm×8mm的區域內只在中心出現了一個點狀光斑。這是因為零級的強度太大，其它衍射級次較弱。為了能夠顯示其它的級次。需要用矩形選區選中零級光斑，在Manipulation選項中用清除選區的命令將中心清除。

相干光場重采樣特性可用于在第二透鏡處重現光場，并合成具有透鏡的足夠空間采樣的新光線網格。 圖8 大倍率遠焦望遠鏡致使第二透鏡的欠采樣。 相干標量場分析 新光線合成之后，它們可以通過系統被追跡，而沒有相干光線錯誤，所得到的場可以分析。相干光場的能量、相位和波前可以用相干標量場分析工具進行研究。圖9顯示了具有用紅色框出的可用繪圖選項的標量場菜單。

傳統鏡頭分析多依托幾何鏡頭設計等專業工具，而在需要精細化衍射分析的實際場景中，光學仿真需兼顧衍射效應等關鍵物理特性。本次我將以像散轉換器為實操案例，為大家講解如何通過 VirtualLab Fusion 導入鏡頭文件，完成包含衍射分析的光學系統仿真。圖1.

2.光柵可以將光衍射成具有特定不同方向的幾束光束。為了探究光柵對光傳播的影響，可以使用交互式模擬，使光線從光源通過光學系統的傳播可視化。 3.可以通過照度傳感器收集射線并分析均勻性，傳感器允許計算光的輻照度(W/m2)或照度(Lux)。通過模擬結果，可以在波導的輸出耦合區域探索來自520nm均勻顯示源的輻照度。模擬完成后，雙擊XMP打開輻照度圖，并檢查均勻性。

? 在第一步中，VirtualLab將搜索存在哪些光路。在第二步中，場沿著已找到的路徑傳播。? 光路搜索意味著識別哪些光路/光柵區域存在哪些入射和出射通道。? 這是通過默認為1的信道分辨率精度完成的。 6. 路徑可視化(非序列光線\光場追跡)? 在3D視圖中僅顯示入射檢測器的路徑參數控制所有場的非序列路徑的可視化。

基于矢量光束經透鏡聚焦的光場分布分析，在高數值孔徑系統中，矢量衍射光束聚焦場具有以下特征：（1） 聚焦光場具有顯著的偏振特性，要用矢量衍射理論進行分析計算；（2） 聚焦光場各偏振分量與入射光場偏振態相關，并且出現軸向偏振分量。經過高數值孔徑透鏡聚焦，光束的矢量偏振性質發生變化。

比如在激光整形中，你需要知道目標面上的光斑是不是均勻；在顯微物鏡分析中，你需要知道焦區三維場分布；在DOE或SLM設計中，你需要知道不同衍射級次如何疊加；在高數值孔徑系統中，你甚至還要考慮非傍軸條件下的矢量效應。所有這些，都離不開合理的傳播算法。 所謂場追跡，可以簡單理解為：不再只關心一束光“走到哪里”，而是關心它在傳播過程中振幅、相位、偏振和空間頻譜如何變化。

矩孔衍射聚焦模型案例設計簡介矩孔衍射聚焦模型作為光學領域的重要理論模型，主要用于探究光通過矩形孔徑后的衍射及聚焦特性。在現代光學系統、激光加工設備以及成像技術中，光束穿過矩形開口或光闌的情況極為常見，而該模型能夠精準分析此類場景下產生的衍射效應，為光學元件設計、光路優化及成像質量提升提供關鍵理論依據，對推動光學工程技術發展具有重要意義。

結果：利用光線追跡分析 ? 首先，利用光線追跡分析光在光學系統中的傳播。 ? 對于該分析，采用內嵌的光線追跡系統分析器。 file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd 2. 結果：通過虛擬屏的掃描 ? 通過將光柵傾斜合適的角度以選擇被探測的波長 (可通過光柵方程計算該角度)。

為了獲得理想的透鏡，其中第一衍射階聚焦在EFL的距離上，相對于球面高斯參考波前，在區域j和j+1邊界處的光程差必須為jλ，其幾何上可以表示為下面的方程： 這意味著區域邊界位于以下位置： 由于 EFL>>λ，我們可以忽略后半部分并應用以下近似值： 因此，增加衍射面的光路以實現上述光路rj區域邊緣和產生

由孔徑衍射的光線也可能從光學器件上面散射進入視場內。2.FRED如何呈現散射光？ 有幾種方法可以跟蹤散射光。第一種方法是制造一個光源，再追跡其通過光學系統的光線。第二種方法是通過系統從探測器的反向逆追跡光線。通過使用任何3D光線追跡軟件程序來顯示雜散光光路是相當重要的。光學工程師可以利用FRED來顯示雜散光發生的位置。

為了獲得理想的透鏡，其中第一衍射階聚焦在EFL的距離上，相對于球面高斯參考波前，在區域j和j+1邊界處的光程差必須為jλ，其幾何上可以表示為下面的方程： 這意味著區域邊界位于以下位置： 由于 EFL>>λ，我們可以忽略后半部分并應用以下近似值： 因此，增加衍射面的光路以實現上述光路rj區域邊緣和產生100%衍射效率的一階如下：