現(xiàn)代光學(xué)系統(tǒng)可能包含大量不同種類的光學(xué)元件，如折射透鏡、衍射透鏡、折衍混合透鏡、菲涅爾和漸變折射率透鏡以及衍射光學(xué)元件，像擴(kuò)束器、光束整形器、衍射光束分束器、計(jì)算全息、相位板、光柵、自由表面元件和微透鏡陣列。除此以外還有使用光源的不同特性，如相干度、顏色和偏振。

一個(gè)有效的光學(xué)建模要求將所有這些類型的元件和光源放在一個(gè)軟件平臺(tái)上進(jìn)行高精度且快速的仿真模擬。VirutalLab FUSION是在VirtualLab場(chǎng)追跡模擬引擎的基礎(chǔ)上，新增了功能強(qiáng)大的幾何場(chǎng)追跡模擬引擎。經(jīng)典場(chǎng)追跡模擬引擎統(tǒng)一了從幾何光學(xué)到電磁場(chǎng)方法的各種建模技術(shù)。在光學(xué)模擬與設(shè)計(jì)中包含了衍射、干涉、部分相干、像差、偏振等各種物理效應(yīng)，從而能夠高精度的進(jìn)行光學(xué)模擬與設(shè)計(jì)。而幾何場(chǎng)追跡模擬引擎則是通過使用幾何光學(xué)的方法來近似求解麥克斯韋方程組，從而能夠快速的完成各種復(fù)雜光學(xué)系統(tǒng)的模擬仿真，同時(shí)在模擬過程中包含了除衍射外的各種物理效應(yīng)。經(jīng)典場(chǎng)追跡模擬引擎與幾何場(chǎng)追跡模擬引擎的聯(lián)合使用，既能夠保證光學(xué)系統(tǒng)模擬和設(shè)計(jì)的精度，又能夠保證其速度，是物理光學(xué)和幾何光學(xué)的完美結(jié)合。最后，其傳統(tǒng)的光線追跡模擬引擎能夠快速的完成光學(xué)系統(tǒng)的性能評(píng)估。（下圖：光線追跡、幾何場(chǎng)追跡、經(jīng)典場(chǎng)追跡）

VirutalLab FUSION軟件包集合了五個(gè)工具箱，允許進(jìn)行光學(xué)系統(tǒng)的分析，衍射光學(xué)元件的設(shè)計(jì)，光分束器的設(shè)計(jì)，光柵的分析，激光諧振腔的分析以及LED光的整形和均勻化。

納米、微米和宏觀光學(xué)的統(tǒng)一建模

VirutalLab FUSION基本工具箱可以使用三種模擬引擎模擬激光光學(xué)，微光學(xué)系統(tǒng)，衍射光學(xué)，干涉，成像和照明系統(tǒng)。光學(xué)系統(tǒng)中可以包含折射、衍射、混合、菲涅爾和漸變折射率透鏡，擴(kuò)散器、光分束器、光整形器、計(jì)算產(chǎn)生全息、相位板衍射光學(xué)元件以及自由表面曲面和微透鏡陣列�；�于統(tǒng)一光學(xué)建模技術(shù)，可以使用從幾何光學(xué)到物理光學(xué)不同的傳輸模型進(jìn)行光傳輸建模。而幾何場(chǎng)追跡與經(jīng)典場(chǎng)追跡的聯(lián)合使用，可以快速并高精度的完成光學(xué)系統(tǒng)的模擬仿真和設(shè)計(jì)工作。

衍射和微光學(xué)元件設(shè)計(jì)

衍射光學(xué)工具箱可以設(shè)計(jì)衍射光束分束器、擴(kuò)散器和整形器。這些元件也被稱為衍射光學(xué)元件、計(jì)算機(jī)全息、相位板或者相息。衍射光束分束器允許將一束激光分成光束陣列。衍射擴(kuò)散器能夠使確定的散射光線進(jìn)入任意2D光圖案。擴(kuò)散器和光束分束器可以用來轉(zhuǎn)換相干光和部分相干光源。衍射和折射光束整形可以將相干激光光束整成環(huán)形、矩形高帽、線型或者自定義2D強(qiáng)度分布。

2D和3D光柵的嚴(yán)格分析和設(shè)計(jì)

VirutalLab FUSION光柵工具箱可以對(duì)2D和3D光柵進(jìn)行嚴(yán)格的電磁場(chǎng)分析和設(shè)計(jì)，包含衍射光柵、全息光柵、布拉格光柵、表面光柵、光子晶體、衍射光束分束器、偏光器、抗反射結(jié)構(gòu)、衍射光學(xué)元件、光伏系統(tǒng)和光譜光柵。光柵的特征尺寸可以從納米到毫米量級(jí)。同時(shí)，光柵工具箱可以計(jì)算衍射效率、近場(chǎng)、偏振、反射、透射以及內(nèi)部場(chǎng)。各種定制特性可以使用戶分析和優(yōu)化用戶自定義結(jié)構(gòu)的光柵。這些包括導(dǎo)入測(cè)量的高度輪廓以及使用公式描述一個(gè)高度輪廓的可編程高度輪廓或者折射率分布介質(zhì)。

靈活的激光諧振腔本征模分析

VirutalLab FUSION激光諧振工具箱允許分析穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)激光諧振腔的本征模。分析包括了基膜、高階模和本征值的計(jì)算。依賴于經(jīng)典場(chǎng)追跡技術(shù)，可以將從幾何光學(xué)到電磁場(chǎng)處理的各種光束傳輸方法最佳的組合起來。因此允許腔內(nèi)包含微結(jié)構(gòu)和DOE元件，模擬受激介質(zhì)的折射率調(diào)制以及任意形狀的基膜。在VirtualLabTM中表面輪廓和介質(zhì)以及自定義元件目錄為定義諧振腔提供了非常大的靈活性。公差模擬可以研究一個(gè)諧振腔的穩(wěn)定性。

LED光的整形和均勻化

VirutalLab FUSION照明工具箱利用經(jīng)典場(chǎng)追跡進(jìn)行照明系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)。場(chǎng)追跡使用強(qiáng)調(diào)衍射光學(xué)和微結(jié)構(gòu)整合的新概念，這給LED光以及其它高發(fā)散輻射光源的整形和緊湊照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了更大的靈敏性。

2、OptiBPM

3、物理光學(xué)設(shè)計(jì)軟件GLAD

GLAD使用復(fù)振幅來描述波前，并能對(duì)光束的整個(gè)傳播路徑做衍射模型。GLAD有兩種等級(jí)，分別為：GLAD和GLAD Pro。GLAD Pro包括了GALD的功能外，還增加了高級(jí)物理效應(yīng)以及更多的優(yōu)化功能。 GLAD的應(yīng)用領(lǐng)域： GLAD已經(jīng)廣泛使用在大部分高級(jí)物理光學(xué)模型，并被應(yīng)用到商品化激光設(shè)計(jì)，激光研發(fā)實(shí)驗(yàn)，穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)共振腔設(shè)計(jì)，瞬時(shí)激光響應(yīng)，照相平版印刷術(shù)(photolithography)，光束控制的高效率相位平板，衍射效應(yīng)，和單模及多模態(tài)波導(dǎo)。 GLAD軟件的特點(diǎn) 建模 • 整合環(huán)境設(shè)計(jì)環(huán)境(IDE) • 簡(jiǎn)單或復(fù)雜多重激光束追跡 • 相干和非相干交互作用 • 透鏡：球面鏡、圓環(huán)體或柱面鏡 • 一般孔徑型態(tài) • 近場(chǎng)-和遠(yuǎn)場(chǎng)-衍射傳播分析 • 穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)共振腔模型 • 為共振腔設(shè)計(jì)提供的特殊功能 • Seidel, Zernike, 和相位光柵像差分析 • 平滑隨機(jī)數(shù)波前像差      (smoothed random wavefront aberrations) • 透鏡和反射鏡數(shù)組 • 變量數(shù)組，可達(dá)4096x4096 • 方形數(shù)組和可分離的衍射理論 • 多重，獨(dú)立的激光束追跡傳輸 • 自動(dòng)傳播技術(shù)控制 • 全域坐標(biāo)系統(tǒng) 優(yōu)化 • 任意的反射鏡坐標(biāo)及旋轉(zhuǎn) • 允許高的Fresnel數(shù)值 • 相位共軛(phase conjugation) • 極化模型 • 部份相干模型 • BPM，光纖光學(xué)和3維波導(dǎo)，直線及彎曲光纖，纖核對(duì)纖核耦合，光纖激光 • 二元光學(xué)(binary optics)和光柵 • 高數(shù)值孔徑(NA)物鏡的衍射向量 • M-平方的特征化 • 有限元素的熱模型 • 熱致應(yīng)力雙折射 • 相位補(bǔ)償優(yōu)化 • 模擬退火及Gerchberg Saxton優(yōu)化 • Excimer激光模型及特征 • 共振腔模型的特殊功能

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