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這篇Blog介紹了 OpticStudio 中的原生體積全像模擬功能，該功能可以在考慮其物理特性的情況下，在序列模式下對(duì)全像光柵進(jìn)行全面模擬和分析。在非序列模式下也透過(guò)使用 DLL 展示了相同的功能。這些分析對(duì)於設(shè)計(jì)用於虛擬實(shí)境 (VR) 和增強(qiáng)實(shí)境 (AR) 的抬頭顯示器 (HUD) 和頭戴型顯示器 (HMD) 等系統(tǒng)非常重要。我們將介紹模型中使用的理論和參數(shù)。

將超穎透鏡之後的電場(chǎng)輸出導(dǎo)出為ZBF檔，然後將其進(jìn)一步導(dǎo)入OpticStudio POP中以評(píng)估最終的PSF。但是，當(dāng)超穎透鏡置於透鏡之間並且入射光束不是平面波前時(shí)，設(shè)計(jì)人員可以使用POP中的平面波開(kāi)始模擬。光束在POP中傳播到超穎透鏡的前端，並作為ZBF檔導(dǎo)出。然後將ZBF作為光源導(dǎo)入FDTD，並透過(guò)超穎透鏡進(jìn)行傳播。其餘過(guò)程與前面討論的相同。

此示例的主要區(qū)別在于，我們將使用 1D 光柵進(jìn)行內(nèi)耦合，并使用 2D 光柵進(jìn)行外耦合。二維光柵具有六邊形周期結(jié)構(gòu)，光束在k空間中傳播，如下圖所示。如下圖所示，為了讓光束在二維波導(dǎo)中移動(dòng)以擴(kuò)大出瞳，我們?cè)O(shè)計(jì)了光柵，讓光束傳播方向在k空間中像六邊形一樣移動(dòng)。這允許光束傳播并分布到波導(dǎo)中的大區(qū)域，如下圖右圖所示。

隨著增強(qiáng)與混合現(xiàn)實(shí)(AR&MR)領(lǐng)域新應(yīng)用的發(fā)展，導(dǎo)光系統(tǒng)的應(yīng)用越來(lái)越受到人們的關(guān)注。為了將光從光源引導(dǎo)到預(yù)定的眼箱，采用了分離的1D-1D擴(kuò)展光瞳的結(jié)構(gòu)，并結(jié)合了不同類(lèi)型的表面刻蝕光柵。因此，在AR/MR器件的設(shè)計(jì)過(guò)程中，關(guān)于效率和均勻性的設(shè)計(jì)是主要挑戰(zhàn)之一。

摘要 隨著增強(qiáng)和混合現(xiàn)實(shí) (AR & MR) 領(lǐng)域新應(yīng)用的開(kāi)發(fā)，光導(dǎo)系統(tǒng)的使用越來(lái)越受到關(guān)注。為了將光從光源引導(dǎo)到預(yù)期的眼盒，使用了具有分離的 1D-1D 瞳孔擴(kuò)展和不同類(lèi)型的表面形貌光柵的配置。因此，這些光柵在效率和均勻性方面的設(shè)計(jì)是 AR/MR 設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程中的主要挑戰(zhàn)之一。

摘要隨著增強(qiáng)和混合現(xiàn)實(shí) (AR & MR) 領(lǐng)域新應(yīng)用的開(kāi)發(fā)，光導(dǎo)系統(tǒng)的使用越來(lái)越受到關(guān)注。 為了將光從光源引導(dǎo)到預(yù)期的眼盒，使用了具有分離的 1D-1D 瞳孔擴(kuò)展和不同類(lèi)型的表面形貌光柵的配置。 因此，這些光柵在效率和均勻性方面的設(shè)計(jì)是 AR/MR 設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程中的主要挑戰(zhàn)之一。

摘要 隨著增強(qiáng)與混合現(xiàn)實(shí)(AR&MR)領(lǐng)域新應(yīng)用的發(fā)展，導(dǎo)光系統(tǒng)的應(yīng)用越來(lái)越受到人們的關(guān)注。為了將光從光源引導(dǎo)到預(yù)定的眼箱，采用了分離的1D-1D擴(kuò)展光瞳的結(jié)構(gòu)，并結(jié)合了不同類(lèi)型的表面刻蝕光柵。因此，在AR/MR器件的設(shè)計(jì)過(guò)程中，關(guān)于效率和均勻性的設(shè)計(jì)是主要挑戰(zhàn)之一。

摘要 隨著增強(qiáng)和混合現(xiàn)實(shí) (AR & MR) 領(lǐng)域新應(yīng)用的開(kāi)發(fā)，光導(dǎo)系統(tǒng)的使用越來(lái)越受到關(guān)注。為了將光從光源引導(dǎo)到預(yù)期的眼盒，使用了具有分離的 1D-1D 瞳孔擴(kuò)展和不同類(lèi)型的表面形貌光柵的配置。因此，這些光柵在效率和均勻性方面的設(shè)計(jì)是 AR/MR 設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程中的主要挑戰(zhàn)之一。

這篇文章將提供一些使用上的範(fàn)例。簡(jiǎn)介偏振態(tài)分析(polarization analysis)可以作為一般光線(xiàn)追跡的進(jìn)階功能。在模擬的過(guò)程中，會(huì)將入射光因?yàn)樵砻驽兡ぁ⒎瓷?em>和吸收而造成的能量損耗納入考量。一般的情況下，OpticStudio可以對(duì)大多數(shù)的鍍膜或雙折射材料進(jìn)行完整的分析。

此示例的主要區(qū)別在于，我們將使用 1D 光柵進(jìn)行內(nèi)耦合，并使用 2D 光柵進(jìn)行外耦合。二維光柵具有六邊形周期結(jié)構(gòu)，光束在k空間中傳播，如下圖所示。如下圖所示，為了讓光束在二維波導(dǎo)中移動(dòng)以擴(kuò)大出瞳，我們?cè)O(shè)計(jì)了光柵，讓光束傳播方向在k空間中像六邊形一樣移動(dòng)。這允許光束傳播并分布到波導(dǎo)中的大區(qū)域，如下圖右圖所示。

但人眼系統(tǒng)具有相對(duì)較小的光瞳尺寸，因此在此類(lèi)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上，一般會(huì)認(rèn)為球差和彗差並不十分重要。同理，其餘的像差在此也可先行忽略。隨著自由曲面製程技術(shù)的演進(jìn)，光學(xué)設(shè)計(jì)者得以摒除許多以往的限制條件。同時(shí)，OpticStudio具有優(yōu)越的運(yùn)算能力，可以進(jìn)行規(guī)模較大的系統(tǒng)和更多影像參數(shù)的模擬。得益於此，眼科鏡片的設(shè)計(jì)可以有更進(jìn)一步的改善，我們將在以下的文章中詳述。

通常，可以透過(guò)求解近軸波動(dòng)方程來(lái)找到雷射的輸出。該方程最廣為人知的解法是理想的單模高斯光束的解法。存在依賴(lài)於給定係統(tǒng)對(duì)稱(chēng)性的其他正交解集。1 它們可用於對(duì)高階光束模式進(jìn)行建模。在這篇Blog中，我們描述了 OpticStudio 中可用於表徵高階雷射光束的模型。定義後，此類(lèi)光束可以在 OpticStudio 中使用物理光學(xué)傳播設(shè)計(jì)的任何光學(xué)系統(tǒng)中傳播。

在「加工精靈」中，您可以進(jìn)入 ScrewPlus 模組以指定螺桿特性，編輯螺桿的製程操作條件、使用 ScrewPlus 求解器模擬螺桿製程、視覺(jué)化熔化結(jié)果，然後更新更真實(shí)的熔化溫度，以進(jìn)行進(jìn)一步的射出成型程序。完成 ScrewPlus 模擬後，您必須回到「加工精靈」完成射出成型規(guī)格。接著您可以加入塑化螺桿的效應(yīng)，來(lái)執(zhí)行射出成型條件的一般模擬。

這些系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工具涵蓋了器件的布局，以及耦合和EPE區(qū)域的光柵參數(shù)。在這里，我們關(guān)注兩個(gè)與布局相關(guān)的工具:k-Layout Visualization和Layout Design，適用于具有可分離的1D-1D出瞳擴(kuò)展和1D周期光柵結(jié)構(gòu)的設(shè)備，如Hololens 1。觀(guān)看下面的用例，了解更多關(guān)于它們令人興奮的潛力!

這些系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工具涵蓋了器件的布局，以及耦合和EPE區(qū)域的光柵參數(shù)。 在這里，我們關(guān)注兩個(gè)與布局相關(guān)的工具:k-Layout Visualization和Layout Design，適用于具有可分離的1D-1D出瞳擴(kuò)展和1D周期光柵結(jié)構(gòu)的設(shè)備，如Hololens 1。觀(guān)看下面的用例，了解更多關(guān)于它們令人興奮的潛力!

連接應(yīng)用程式和 OpticStudio 有 4 種程式模式，但它們可以分為兩大類(lèi)： 完全控制（獨(dú)立(Standalone)模式和自訂擴(kuò)展(User Extensions)模式），這種情況下，使用者通常完全控制鏡頭設(shè)計(jì)和使用者介面。 有限訪(fǎng)問(wèn)（自訂運(yùn)算元(User Operands)模式和自訂分析模式），這種情況下，使用者使用現(xiàn)有鏡標(biāo)頭檔的副本進(jìn)行處理和分析。

如果用戶(hù)對(duì)這種類(lèi)型的設(shè)計(jì)感興趣，可以查看這篇文章來(lái)了解更多信息： Ansys Lumerical｜帶 1D-2D 光柵的出瞳擴(kuò)展器。下一篇預(yù)告：Ansys Zemax | 使用衍射光學(xué)器件模擬增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）系統(tǒng)的出瞳擴(kuò)展器 （EPE）：第 2 部分

我們通過(guò)建立一個(gè)簡(jiǎn)單的“HoloLens 1”型（1D-1D出瞳放大器）布局模型來(lái)演示這種能力，該設(shè)備能夠在32°×18°的視場(chǎng)下引導(dǎo)光傳輸。 建模任務(wù) 光波導(dǎo)的工作原理 光波導(dǎo)使用內(nèi)部全反射(TIR)來(lái)“捕獲”光波導(dǎo)板內(nèi)的光。為此，采用光柵耦合入射和出射光，并確保滿(mǎn)足內(nèi)部全反射條件。

我們通過(guò)建立一個(gè)簡(jiǎn)單的“HoloLens 1”型（1D-1D出瞳放大器）布局模型來(lái)演示這種能力，該設(shè)備能夠在32°×18°的視場(chǎng)下引導(dǎo)光傳輸。 建模任務(wù) 光波導(dǎo)的工作原理 光波導(dǎo)使用內(nèi)部全反射(TIR)來(lái)“捕獲”光波導(dǎo)板內(nèi)的光。為此，采用光柵耦合入射和出射光，并確保滿(mǎn)足內(nèi)部全反射條件。

( 圖1~圖4 )平均來(lái)說(shuō)，我每週必須投入 2-3 天時(shí)間進(jìn)行分析，以確保經(jīng)驗(yàn)不足的設(shè)計(jì)方案可以順利生產(chǎn)；因此我讓電腦晚上執(zhí)行分析，白天再來(lái)驗(yàn)證結(jié)果。Moldex3D Solid 的分析時(shí)間與模具試模的次數(shù)與成本相較來(lái)看，每批模具我們至少減少了一半的試模次數(shù)，這項(xiàng)工作是值得的 一般來(lái)說(shuō)分析的過(guò)程中若有外觀(guān)或者強(qiáng)度問(wèn)題，結(jié)合線(xiàn)的結(jié)合位置與長(zhǎng)度往往被提出討論。