VirtualLab Fusion原理簡介
VirtualLab Fusion是德國LightTrans公司以場追跡概念開發(fā)出來的一款高速物理光學仿真平臺,其集成了從幾何光學到物理光學、從近似到嚴格的各種麥克斯韋方程求解器,如LPIA(局部平面界面近似)、LLGA(局部線性光柵近似)、RK-BPM(龍格庫塔光束傳輸方法)、TEA(薄元近似)、FMM/RCWA(傅里葉模態(tài)發(fā)/嚴格耦合波法)等,能夠?qū)θ鐜缀瓮哥R、自由曲面、衍射透鏡、全息元件、GRIN透鏡以及光柵和Meta-Grating等各類元件進行仿真和分析,以及如Geometric(幾何)、SPW(平面波譜)、Fresnel(菲涅爾)、Far Field(遠場)、Rayleigh Sommerfeld(瑞利索墨菲)等,能夠?qū)Ω鞣N自由空間傳輸進行計算。同時,VirtualLab Fusion還提供了三種傅里變換方法,包括FFT(快速傅里葉變換)、Semi-Analytical FT(半解析傅里葉變換)以及Pointwise FT(逐點傅里葉變換)。對于包含各類光學元件的整個復雜的光學系統(tǒng),通過非序列追跡功能,將所需的求解器連接起來,并通過選擇合適的傅里葉變換方法,以在空間域或者空間頻率域進行光場傳輸計算,從而能夠在保證計算精度的情況下,更快的完成整個系統(tǒng)的仿真和分析,以實現(xiàn)高速物理光學仿真。在整個仿真過程中,會考慮各種物理光學效應,如干涉、衍射、像差、偏振、相干以及矢量效應等。
集成了各類麥克斯韋方程求解器
通過連接各種場求解器以實現(xiàn)高速物理光學建模
功能特性
作為全球唯一一款基于場追跡概念來開發(fā)的高速物理光學仿真軟件,VirtualLab Fusion為用戶提供了光學建模和仿真所需的各種功能和特性:
• 光線追跡和光場追跡,兩者可以一鍵切換;
• 序列和非序追跡;
• 用戶可自定義選擇從幾何到物理、從近似到嚴格各種光學建模技術;
• 用戶可自定義選擇FFT(快速傅里葉變換)、Semi-Analytical FT(半解析傅里葉變換)以及Pointwise FT(逐點傅里葉變換);
• 豐富的庫系統(tǒng),包括光源庫、元件庫、界面庫、介質(zhì)庫、材料庫、探測器庫等九大庫系統(tǒng),能夠快速的完成系統(tǒng)的建模;
• 參數(shù)掃描和參數(shù)優(yōu)化,可對系統(tǒng)進行公差分析以及優(yōu)化;
• 多軟件接口,如Macleod、LASCAD、ZEMAX、JCM Suit等;
• 可導出多種格式結構,如GDSII、STL、IGES、ASCII、Bitmap等;
• 跨平臺聯(lián)合仿真和優(yōu)化,如MATLAB、OptiSlang、Python等;
• 基于C#語言進行二次開發(fā);
應用領域
VirtualLab Fusion能夠?qū)崿F(xiàn)高速物理光學的建模和仿真,已廣泛的應用于高校、研究所以及各知名光學企業(yè)。其主要應用領域如下:
1. 光束整形
VirtualLab Fusion能夠使用自由曲面,衍射光束分束器與圖案生成器,擴散器和常規(guī)陣列微光學元件(包括但不局限于微透鏡陣列)實現(xiàn)光束整形。
1) 折射光束整形
2) 衍射光束整形
3) 擴散片
4) 微透鏡陣列和微結構單元陣列
SLM像素處衍射效應仿真和分析
2. 光學測量
通過高速物理光學,對干涉儀、光譜儀和傳統(tǒng)式或結構照明式顯微鏡的成像質(zhì)量與分辨率限制進行全面的研究。
1) 干涉儀
2) 顯微鏡
3) 單色儀
4) 光譜儀
對包含光柵的車尼爾-特納系統(tǒng)進行分析
3. 微納光柵
通過高速物理光學,可以對1D和2D微納光柵進行嚴格的電磁分析,獲得相應的近場、衍射級次以及衍射效應,同時能夠?qū)鈻胚M行優(yōu)化,以獲得所需要光柵結構參數(shù)并集成到整個光學系統(tǒng)中進行分析。
1) 1D和2D介質(zhì)光柵
2) 1D和2D界面光柵
3) 衍射級次計算、偏振分析以及內(nèi)部場計算
4) 優(yōu)化
傾斜光柵的優(yōu)化
4. 成像系統(tǒng)
通過高速物理光學,實現(xiàn)透鏡系統(tǒng)建模。提供對包含鬼像和部分相干性的系統(tǒng)的可靠的PSF / MTF評估。系統(tǒng)中可以包含光柵,全息光學元件以及衍射透鏡。
1) 衍射透鏡
2) 高級PSF/MTF
3) 鬼像
4) 包含光柵的成像系統(tǒng)
基于高NA物鏡對微結構晶圓進行成像檢測
5. 激光系統(tǒng)
高速物理光學可以有效地實現(xiàn)對激光光源、衍射、干涉、偏振的建模,并且可以使用任意感興趣的光束參數(shù)。
1) 激光傳輸
2) 掃描系統(tǒng)
3) 飛秒脈沖
4) 激光晶體
激光掃描系統(tǒng)的建模和仿真
6. 虛擬和混合現(xiàn)實
針對AR,VR以及MR應用,VirtualLab Fusion為用戶提供了多通道波導成像系統(tǒng)的非序列建模技術,建模過程中能夠?qū)Σㄇ安睢⒛芰饕约癙SF/MTF進行評估。
光波導全視場角光線追跡
典型應用示例
1. 基于各種干涉儀的測量系統(tǒng)仿真和分析
2. 基于錐透鏡生成無衍射貝塞爾光束
3. 包含光柵的復雜光學系統(tǒng)仿真和分析
4. 光纖耦合系統(tǒng)的設計和優(yōu)化
5. 基于表面光柵的光波導結構模擬與設計
6. 基于VCSEL陣列的點陣投影儀的人臉識別系統(tǒng)
7. 超表面結構的設計和優(yōu)化
8. 非周期性微透鏡陣列整形
9. 衍射透鏡的設計和分析
10. 跨平臺聯(lián)合仿真與優(yōu)化
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