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作為VirtualLab Fusion的開發(fā)者，我們認(rèn)為光線光學(xué)和物理光學(xué)并不是用戶必須選擇的兩種分離的建模技術(shù)。在我們的概念中，光線追跡形式的光線光學(xué)是物理光學(xué)建模的一個(gè)子集。而在VirtualLab Fusion中，這不僅僅是一種學(xué)術(shù)主張，而是我們通過物理光學(xué)和光線光學(xué)建模之間的無縫且可控的轉(zhuǎn)換，將其引入到現(xiàn)實(shí)生活中的經(jīng)驗(yàn)。 }`qAb/Ov
7d;|?R-8D 理論背景 H )ej]DXy
bYsX?0T!p VirtualLab Fusion中的高速物理光學(xué)系統(tǒng)建模是由數(shù)學(xué)上表示為求解器的操作符來表示的。我們用這種方法連接求解器，并且我們稱之為場追跡連接求解器。求解器可以在x域和k域工作。傅立葉變換連接了這些域�？梢钥闯�，被傅里葉變換的光場顯示出低衍射效應(yīng)的情況下，積分傅里葉變換(快速傅里葉變換FFT的形式)可以被逐點(diǎn)傅里葉變換（PFT）代替[wang2020]。這個(gè)替換是在VirtualLab Fusion的Modeling Level 3中自動(dòng)完成的。逐點(diǎn)傅里葉變換和快速傅里葉變換之間切換的標(biāo)準(zhǔn)是相對(duì)衍射功率，它是菲涅耳數(shù)的推廣。通過在部分系統(tǒng)中實(shí)施逐點(diǎn)傅里葉變換，衍射效應(yīng)可以獨(dú)立于相對(duì)衍射功率而被忽略。這是在不離開物理光學(xué)建模的情況下完成的，并且我們?nèi)匀话ǚ抡胬绺缮�、散斑、相干和偏振效�?yīng)。當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)中的所有傅立葉變換都被強(qiáng)制為逐點(diǎn)變換時(shí)，衍射在整個(gè)系統(tǒng)中被忽略了，我們經(jīng)常在物理光學(xué)中獲得完整的逐點(diǎn)建模。當(dāng)我們只考慮采樣點(diǎn)位置的映射并在x域中連接它們時(shí)，我們就獲得了物理光學(xué)中的光線光學(xué)[Balardron 2019]。這可以理解為物理光學(xué)背景下光線追跡的一種推導(dǎo)。我們認(rèn)為這是一個(gè)驚人的理論，它是VirtualLab Fusion中光線光學(xué)的基礎(chǔ)。 zYzV!s2^
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wn"}<ka 這將指導(dǎo)我們對(duì)應(yīng)逐點(diǎn)傅立葉變換在系統(tǒng)的不同部分來應(yīng)用Modeling level 1和2。 NO!Qo:
f~VlC df+ Modeling Level 1 <YvXyIs
d{YvdN9d 在建模級(jí)別1中通過強(qiáng)制所有的傅里葉變換都是逐點(diǎn)的，衍射完全被忽略。這種建模在焦點(diǎn)區(qū)域檢測不到光的應(yīng)用中通常就足夠了，例如遠(yuǎn)場光束整形[Yang2020]、干涉儀裝置和分束光柵。 GLsa]}m,9
SwOW%o 如果光源是激光光束，通常建議選擇衍射光源（Diffraction of Source Included）模式下的選項(xiàng)。以束腰定義的高斯光束為例。它在瑞利長度上的傳播由衍射所主導(dǎo)。這確保包括在“Diffraction of Source Included”內(nèi)的選項(xiàng)的初始光場的傅里葉變換是由相對(duì)衍射效率自動(dòng)選擇的。 !|[rh,e]
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 a7g;8t-& o=Vs)8W Modeling Level 2 Q ^b&
Yg&(km m 在Modeling Level 2中，通過在探測器選擇由相對(duì)衍射效率自定義的傅里葉變換，衍射會(huì)在所有探測器區(qū)域仔細(xì)考慮到。尤其關(guān)鍵的是當(dāng)探測器位于光的聚焦區(qū)域時(shí)，例如在透鏡系統(tǒng)的像平面或焦平面中[wang2020]。在透鏡系統(tǒng)中，它提供了點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)(PSF)和MTF的高精度計(jì)算，包括衍射、像差、偏振和矢量效應(yīng)。Modeling Level 2也適用于當(dāng)你研究微觀結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的光線時(shí)的情況。 KlT:&1SB9
8 ^>qor.]M 如果光源是激光光束，同樣在Modeling Level 2中，通常建議選擇衍射光源（Diffraction of Source Included）下的選項(xiàng)。 x7S\-<8
v~mVf.j1 Modeling Level 3 }zGx0Q
U}w'/:H 在最高的建模級(jí)別，所有傅立葉變換都是由相對(duì)衍射效率自動(dòng)選擇的。通過這種方式，在系統(tǒng)中任何需要的地方衍射都會(huì)被考慮。這使得例如經(jīng)過透鏡系統(tǒng)的傍軸光束傳播的精準(zhǔn)建模以及系統(tǒng)中的多個(gè)以及串聯(lián)孔徑的建模成為可能。 re*}a)iL 請(qǐng)記住，計(jì)算時(shí)間會(huì)隨著建模級(jí)別的增加而增加，建議使用您的應(yīng)用所需的最低級(jí)別。 ? c#s}IH
vhBW1/w&F Customized Modeling y C xYFi
E0ED[d, 對(duì)于更有經(jīng)驗(yàn)的用戶，我們提供定制建模（Customized Modeling）。 KW:N
6w 不同的傅里葉變換的選擇可以根據(jù)光源模式、元件和探測器來選擇。這就能夠研究不同配置的效果和性能優(yōu)化。 4p"'
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