| infotek | 2022-11-28 08:39 |
VirtualLab Fusion入門與進(jìn)階實(shí)用教程 前言 現(xiàn)代光學(xué)系統(tǒng)包含了不同類型的光學(xué)元件，如折射、衍射、微透鏡陣列、光柵以及全息和自由曲面等；元件尺寸的跨度可能從納米量級到米量級。同時，系統(tǒng)的光源也可能是不同的類型，如連續(xù)光源或脈沖光源、相干或部分相干光源等。有效的光學(xué)模擬需要對復(fù)雜光學(xué)系統(tǒng)中的光源及光學(xué)元件精確建模，從而實(shí)現(xiàn)各種光學(xué)效應(yīng)的仿真再現(xiàn)，如干涉、衍射、相干、偏振以及矢量效應(yīng)等。 現(xiàn)代光學(xué)建模技術(shù)包含了幾何光學(xué)和物理光學(xué)兩大領(lǐng)域，幾何光學(xué)以費(fèi)馬原理為基礎(chǔ)，通過折反定律來進(jìn)行光線追跡，能夠快速實(shí)現(xiàn)整個系統(tǒng)地仿真，但忽略了衍射和矢量等波動光學(xué)效應(yīng)；物理光學(xué)通常以求解麥克斯韋方程組為主，如使用FDTD或者FEM等通用的全局麥克斯韋仿真求解器對整個系統(tǒng)進(jìn)行求解，從而獲得完整的電磁場信息，但由于計算量大而無法對整個復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行仿真。 為了滿足現(xiàn)代光學(xué)系統(tǒng)的建模需求，德國耶拿大學(xué)Prof. Wyrowski Frank開發(fā)了高速物理光學(xué)仿真軟件——VirtualLab Fusion，其集成了從幾何光學(xué)到物理光學(xué)的各種建模技術(shù)，如幾何光學(xué)算子、平面波角譜法、瑞麗索墨菲算子、薄元近似和傅里葉模態(tài)法等，既能夠使用第二代場追跡或經(jīng)典場追跡，從物理光學(xué)角度進(jìn)行快速地仿真；也可以使用傳統(tǒng)的光線追跡，對系統(tǒng)進(jìn)行分析。在VirtualLab中，我們根據(jù)場追跡的概念將系統(tǒng)分解成不同的區(qū)域，并選擇合適的麥克斯韋仿真求解器（建模技術(shù)）進(jìn)行求解，之后通過序列或非序列方式將各個區(qū)域連接起來，從而達(dá)到對整個系統(tǒng)中求解麥克斯韋方程組的效果，以獲得完整的電磁場信息。另外，在7.3版本中我們引入了多種傅里葉變換算法，如經(jīng)典的快速傅里葉變換、半解析傅里葉變換以及幾何傅里葉變換以實(shí)現(xiàn)不同類型光場在實(shí)際域與頻率域間的快速轉(zhuǎn)換，這也進(jìn)一步提高了模擬的效率。 目前，VirtualLab Fusion的光場追跡概念正在被越來越多的高校、研究所以及企業(yè)所接受，為了滿足越來越多用戶地學(xué)習(xí)需求，訊技特推出了《VirtualLab Fusion入門與進(jìn)階實(shí)用教程》書籍，書中既包含了建模理論的介紹，又包含了大量逐步講解的實(shí)用案例，包羅了光學(xué)成像、激光傳輸、光學(xué)測量以及光束整形等領(lǐng)域。 期望通過此書，能夠幫助用戶快速地學(xué)習(xí)和掌握VirtualLab Fusion軟件，享受其為光學(xué)建模和仿真所帶來的便利與樂趣。 感謝訊技的工程師們在此書的編撰過程中所付出的努力，由于時間有限，書中難免會有不足之處，還請各位同行及用戶不吝指正。書中自帶光盤中有軟件試用安裝程序及各章的案例，有興趣讀者可依次深入研究，若有任何問題，可隨時與我們聯(lián)系。 目 錄 第一章 VirtualLab Fusion理論基礎(chǔ) 1 1.1 幾何光學(xué)和光線追跡 1 1.2 物理光學(xué)和光場追跡 1 1.2.1 統(tǒng)一場追跡 3 1.2.2 第二代場追跡 6 第二章 VirtualLab Fusion安裝與更新 10 2.1 VirtualLab 版本說明及系統(tǒng)配置要求 10 2.2 VirtualLab安裝與更新 11 2.3 安裝過程中可能遇到的問題 18 2.4 Windows高級系統(tǒng)設(shè)置推薦 22 2.5 C2V文件導(dǎo)出和V2C文件導(dǎo)入 23 第三章 VirtualLab Fusion快速入門 26 3.1 VLF圖形用戶界面介紹 26 3.2 光源 30 3.2.1 基本參數(shù)（Basic Parameters） 31 3.2.2 光譜參數(shù)（Spectral Parameters） 33 3.2.3 空間參數(shù)（Spatial Parameters） 35 3.2.4 偏振（Polarization） 37 3.2.5 模式選擇（Mode Selection） 38 3.2.6 采樣（Sampling） 39 3.2.7 光線選擇（Ray Selection） 40 3.3 光學(xué)元件 41 3.3.1 真實(shí)光學(xué)元件編輯對話框 41 3.3.2 球透鏡（Spherical Lens） 44 3.3.3 衍射光學(xué)元件（Diffractive Optical Element） 45 3.3.4 單光學(xué)界面（Single Optical Interface） 46 3.3.5 光學(xué)界面序列（Optical Interface Sequence） 46 3.3.6 其它類型光學(xué)元件 48 3.4 探測器 48 3.4.1 探測器通用界面 48 3.4.2 光路圖內(nèi)的探測器 50 3.4.3 諧波場和諧波場集探測器 52 3.4.4 數(shù)值陣列探測器 52 3.5 分析器 53 3.6 計算器 54 3.7 元件的位置和方向 54 3.7.1 光路元件 55 3.7.2 元件位置的定義 55 3.7.3 位置和方向確定規(guī)則 56 3.7.4 方向與位置的坐標(biāo)系統(tǒng) 56 3.7.5 輸出通道的方向 57 3.7.6 輸出通道的自動方向 57 3.7.7 坐標(biāo)斷點(diǎn)元件 58 3.7.8 位置和方向設(shè)置 58 3.7.9 光路視圖（定位） 60 3.7.10 角度定義 61 3.7.11 基本位置/方向與獨(dú)立位置/方向的對比：移動 63 3.7.12 基本位置/方向與獨(dú)立位置/方向的對比：傾斜 64 3.8 光路圖（Light Path Diagram） 64 3.8.1 新建光路圖 64 3.8.2 生成光路視圖&光路編輯窗口 65 | |