乱无伦码中文视频在线,无码国产精品高清免费久 <![CDATA[勞倫斯利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室千焦級拍瓦激光器的系統(tǒng)建模]]> 本文是為美國政府的一個(gè)機(jī)構(gòu)發(fā)起的工作報(bào)告而準(zhǔn)備的。美國政府或勞倫斯•利弗莫爾國家安全有限責(zé)任公司及其員工，均不作任何明示或暗示的保證，或?qū)τ谒嘎兜娜魏涡畔、設(shè)備、產(chǎn)品或過程的準(zhǔn)確性、完整性或有用性承擔(dān)任何法律責(zé)任或義務(wù)，或表示其使用不會(huì)侵犯私有權(quán)。本文中以商業(yè)名稱、商標(biāo)、制造商或其他方式提及的任何特定商業(yè)產(chǎn)品、過程或服務(wù)不一定表明或暗示其得到美國政府或勞倫斯•利弗莫爾國家安全有限責(zé)任公司的認(rèn)可、推薦或贊同。本文所表達(dá)的作者的觀點(diǎn)和意見不一定表述或反映美國政府或勞倫斯•利弗莫爾國家安全有限責(zé)任公司的看法和見解，不得用于廣告或產(chǎn)品宣傳的目的。

System Modeling of kJ-class Petawatt Lasers at LLNL
M. Y. Shverdin*, M. Rushford, M. A. Henesian, C. Boley, C. Haefner, J. E. Heebner, J. K.
Crane, C. W. Siders and C. P. J. Barty
Lawrence Livermore National Laboratory

國家點(diǎn)火裝置（NIF）[2] 先進(jìn)射線照相能力（ARC）[1]項(xiàng)目旨在產(chǎn)生70-100keV范圍內(nèi)的高能、超快的x射線，用于背光NIF目標(biāo)。啁啾脈沖放大（CPA）激光系統(tǒng)將以1ps至50ps的可控脈沖持續(xù)時(shí)間產(chǎn)生千焦脈沖。系統(tǒng)復(fù)雜性需要復(fù)雜的仿真和建模工具，用于設(shè)計(jì)、性能預(yù)測和對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的理解。我們提供了ARC的簡要概述，介紹我們主要建模工具，并描述重要的性能預(yù)測。

激光系統(tǒng)（圖1）由全光纖前端組成，包括啁啾光纖布拉格光柵（CFBG）延伸器。通過最后的光纖放大器后，光束被分開到兩個(gè)孔徑并且在空間上成形。分束光首先產(chǎn)生再生放大器，然后在多通道釹玻璃放大器中放大[3]。接下來，將預(yù)放大的啁啾脈沖在時(shí)間上分成四個(gè)相同的脈沖并注入到一個(gè)NIF Quad。在NIF束線的輸出處，八個(gè)放大的脈沖中的每一個(gè)在單獨(dú)的折疊的四光柵壓縮器中被壓縮。壓縮器光柵對具有略微不同的溝槽密度，以實(shí)現(xiàn)緊湊的折疊幾何形狀并消除相鄰的光束串?dāng)_。脈沖持續(xù)時(shí)間可在前端使用小型機(jī)架安裝式壓縮機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

我們使用非序列光線追跡軟件FRED [4]，用于光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和布局。目前，我們的FRED模型包括從光纖前端到目標(biāo)中心（圖2）。CAD設(shè)計(jì)的光機(jī)部件導(dǎo)入我們的FRED模型，以提供一個(gè)完整的系統(tǒng)描述。除了非相干光線追跡和散射分析，F(xiàn)RED使用高斯光束分解來模擬相干光束傳播。忽略非線性效應(yīng)，我們可以獲得系統(tǒng)不同時(shí)期的ARC光束的幾乎完整的頻域描述。

我們采用基于3D傅里葉的傳播軟件：MIRO [5]、Virtual Beamline（VBL）[6]和PROP [7]，可用于時(shí)域脈沖分析。這些軟件模擬非線性效應(yīng)，計(jì)算近場和遠(yuǎn)場光束分布，并考慮放大器增益。 正確的系統(tǒng)設(shè)置的驗(yàn)證是使用這些軟件的主要難點(diǎn)。VBL和PROP預(yù)測已經(jīng)廣泛用于NIF實(shí)驗(yàn)，同時(shí)特定NIF光束線的驗(yàn)證的描述已經(jīng)用于ARC。MIRO具有處理CPA的帶寬特定效應(yīng)的附加能力。NIF光束線的樣本MIRO模型如圖3所示。MIRO模型在窄帶寬模式下被基準(zhǔn)化為VBL和PROP。

開發(fā)各種模擬工具使我們對不同模型的預(yù)測進(jìn)行交叉檢查，并增加其可信度。目前正在進(jìn)行的初步實(shí)驗(yàn)使我們能夠驗(yàn)證和改進(jìn)我們的模型，并幫助指導(dǎo)未來的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)。

圖1.突出顯示了CPA結(jié)構(gòu)的一個(gè)獨(dú)特形式的ARC系統(tǒng)的概略圖，在一個(gè)NIF光束線中產(chǎn)生兩個(gè)強(qiáng)脈沖

圖2.ARC系統(tǒng)的FRED模型提供一個(gè)系統(tǒng)級概述和各個(gè)組件的描述

圖3.ARC的MIRO模型具有物理光學(xué)系統(tǒng)的描述
這項(xiàng)工作由美國能源部主持，根據(jù)合約DE-AC52-07NA27344在勞倫斯利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室實(shí)施。

]]> <![CDATA[導(dǎo)出VirtualLab系統(tǒng)到CAD軟件]]> 教程(Tut.001 v1.0)

1. 簡介

 本教程的目的是通過以IGES格式導(dǎo)出VirtualLab中所用的光學(xué)元件以創(chuàng)建一個(gè)原生的裝配圖，并通過該功能實(shí)現(xiàn)光學(xué)工程師設(shè)計(jì)到機(jī)械工程師設(shè)計(jì)安裝和系統(tǒng)集成的交接。
 因此，該教程主要闡述了：
— 將在VirtualLab 光路圖中定義的光學(xué)系統(tǒng)以IGES格式輸出。
— IGES文件如何導(dǎo)入CAD程序“Inventor 2012 ”。
 本教程中并未詳述Inventor 2012 基本操作。用戶應(yīng)熟悉Inventor 2012 的基本功能。如果不熟悉，請點(diǎn)擊一下鏈接：Autodesk Helpfile  

從VirtualLab中導(dǎo)出IGES文件
1. 3D視圖的生成
 VirtualLab Fusion 中的生成的任意3D視圖，都可以用IGES格式導(dǎo)出。
 因此，用戶可以導(dǎo)出：
— 整個(gè)光路圖(LPDs)
— 光學(xué)元件，如光學(xué)界面序列(OIS)
— 單個(gè)光學(xué)界面
 總是可通過這個(gè)符號來顯示3D視圖



 單個(gè)光學(xué)元件也可以通過進(jìn)行顯示



2. 導(dǎo)出3D系統(tǒng)視圖到IGES


3D系統(tǒng)視圖可以轉(zhuǎn)換到IGES格式。

然而，在轉(zhuǎn)換之前需要先手動(dòng)完成以下四個(gè)步驟。(詳見下頁)


3. 步驟1：禁用標(biāo)記

 禁用標(biāo)簽： 3D視圖中右鍵點(diǎn)擊鼠標(biāo)標(biāo)簽（Label）禁用”可見”（Visible）



以上所用文件：Tut.0001_Export2CAD_VLSetup.lpd

4. 步驟2：元件之間的距離
 確認(rèn)在你的VirtualLab 設(shè)置中各表面之間存在一定距離。重疊表面會(huì)在將IGES文件導(dǎo)入到CAD程序過程中引發(fā)錯(cuò)誤。
 如果有必要，可以在光路圖中各元件間增加一個(gè)小的間距（例如1um而不是0um）。



所用文件: Tut.0001_EXPORT2_VLSetup.lpd

5. 步驟3：降低視圖精度

 對實(shí)現(xiàn)一個(gè)有效的IGES輸出，通常VirtualLab中的默認(rèn)視圖精度級次過高。
 因此，在生成IGES文件前，必須降低精度級別。
 在3D視圖中右擊精度（Accuracy）顯示精度值在0.05左右。



6. 步驟4：以IGES格式導(dǎo)出3D系統(tǒng)視圖


 現(xiàn)在，3D系統(tǒng)視圖可以轉(zhuǎn)換為IGES格式。
 右鍵點(diǎn)擊3D視圖輸出IGES

如果無需輸出綠色連接線，取消激活可用過右鍵菜單附加項(xiàng)不選“光軸”


導(dǎo)入IGES文件到Inventor 2012 軟件
1. 導(dǎo)入IGES文件到CAD軟件

 需執(zhí)行以下步驟：
1. 導(dǎo)入&轉(zhuǎn)換IGES文件
2. 以導(dǎo)入的文件作為模板，生成鏡頭/光學(xué)器件
3. 通過模板生成自動(dòng)裝并進(jìn)行單個(gè)元件的定位
4. 刪除裝配中的線框模型
 以上程序步驟如下圖所示。
2. 導(dǎo)入IGES 1


打開IGES部分：



3. 導(dǎo)入IGES 2

改變文件類型為IGES：



4. 導(dǎo)入IGES 3

點(diǎn)擊“選項(xiàng)”



5. 導(dǎo)入IGES 4


 確認(rèn)如右圖的設(shè)置

 然后點(diǎn)擊“OK”。



6. 導(dǎo)入IGES 5


現(xiàn)在打開文件



7. 導(dǎo)入IGES 6

稍后就會(huì)顯示光學(xué)系統(tǒng)。



8. 生成實(shí)體 1

另存為一個(gè)集合部件(*.ipt)。



9. 生成實(shí)體 2

調(diào)用“示例—源文件導(dǎo)入”。



10. 生成實(shí)體 3
 我們可以看到文件已經(jīng)作為5個(gè)實(shí)體(鏡頭)和一個(gè)表面實(shí)體導(dǎo)入了。
 表面實(shí)體包含光源平面，3個(gè)反射表面和探測器表面。



11. 修正表面面元

 在IGES導(dǎo)入選項(xiàng)窗口中設(shè)置“以多重合成特性創(chuàng)建表面”，允許選擇&刪除實(shí)體，如鏡頭的表面面元。



12. 鏡頭二次拉伸

 我們后面使用這個(gè)選項(xiàng)切掉每個(gè)透鏡的四分之一。然后我們測量表面的曲率半徑，以將透鏡作為幾何元件進(jìn)行二次拉伸。



13. 改變顯示類型

 改變現(xiàn)實(shí)類型：視圖可視化類型邊緣陰影。



14. 非必要組件 1

 逐一隱藏非必要組件。



15. 非必要組件 2
 逐一隱藏非必要組件。



16. 刪除面元
 分別選中第一個(gè)鏡頭上的四分之一面元，然后刪除。


17. 重繪橫截面 1
 定義一個(gè)工作面，重繪橫截面。



18. 重繪橫截面 2
 定義一個(gè)工作面，重繪橫截面。



19. 重繪橫截面 3
 定義一個(gè)工作面，重繪橫截面。



20. 獲得相關(guān)尺寸
 提取相關(guān)尺寸。



21. 修正所有光學(xué)元件
 重復(fù)以上步驟修正所有光學(xué)元件。



22. 生成新的透鏡
 利用獲得的維度，創(chuàng)建一個(gè)新透鏡。




23. 新的裝配
 生成新的裝配文件。



24. 填充裝配 1
 應(yīng)用模板文件&透鏡進(jìn)行填充。



25. 填充裝配 2

 應(yīng)用模板文件&透鏡進(jìn)行填充。



26. 光軸
 生成沿光路光軸&平面，隱藏表面實(shí)體。



27. 透鏡的定位1
 定位&約束透鏡。



28. 透鏡的定位2
 定位&約束透鏡。


29. 完成工作
 隱藏不需要的模板功能——工作完成。


]]> <![CDATA[基于SLM光束整形系統(tǒng)中光學(xué)系統(tǒng)像差的研究]]> 空間光調(diào)制器(SLM.0003 v1.0)
應(yīng)用示例簡述
1. 系統(tǒng)細(xì)節(jié)
 光源
— 高斯激光束
 組件
— 反射型空間光調(diào)制器組件及后續(xù)的2f系統(tǒng)
— 不同的傅里葉透鏡設(shè)計(jì)(球面，非球面) 具有不同的性能和像差
 探測器
— 視覺感知的仿真
— 高帽，轉(zhuǎn)換效率，信噪比
 建模/設(shè)計(jì)
— 場追跡：
 基于不同性能傅里葉透鏡的SLM光束整形系統(tǒng)的性能評估。

2. 系統(tǒng)說明



3. 建模&設(shè)計(jì)結(jié)果

不同真實(shí)傅里葉透鏡的結(jié)果：



4. 總結(jié)
基于采用傅里葉光學(xué)的SLM光束整形系統(tǒng)的性能研究。

 理想光學(xué)系統(tǒng)采用2f系統(tǒng)代替具有透鏡像差的真實(shí)透鏡。
 分析由不同球面和非球面的性對高帽光束質(zhì)量的影響。

光束整形應(yīng)用需要高性能和低像差的光學(xué)系統(tǒng)，如非球面系統(tǒng)。

應(yīng)用示例詳細(xì)內(nèi)容

系統(tǒng)參數(shù)

1. 該應(yīng)用實(shí)例的內(nèi)容




2. 仿真任務(wù)

在之前的案例中，采用了理想的傅里葉光學(xué)系統(tǒng)(2f系統(tǒng))。在接下來的工作中，使用真實(shí)的透鏡進(jìn)行替換，該透鏡存在多種光學(xué)像差。

3. 參數(shù)：準(zhǔn)直輸入光源



4. 參數(shù)：SLM透射函數(shù)


5. 由理想系統(tǒng)到實(shí)際系統(tǒng)


 用真實(shí)的傅里葉透鏡代替理想2f系統(tǒng)。
 因此會(huì)產(chǎn)生像差，像差由所用系統(tǒng)的性能決定。
 對于真實(shí)透鏡系統(tǒng)的描述，需要必要的耦合參數(shù)。
 實(shí)際系統(tǒng)可這樣選擇：有效焦距有2f系統(tǒng)相近。
 表格中的參數(shù)與之前采用的2f系統(tǒng)理想指標(biāo)一致。




應(yīng)用示例詳細(xì)內(nèi)容

仿真&結(jié)果

1. VirtualLab中SLM的仿真

 由于可以嵌入組件，VirtualLab可以輕松的實(shí)現(xiàn)反射系統(tǒng)(如反射鏡，真實(shí)透鏡等)。
 以一個(gè)真實(shí)的系統(tǒng)(雙凸球面透鏡)作為傅里葉透鏡。
 為優(yōu)化計(jì)算加入一個(gè)旋轉(zhuǎn)平面



2. 參數(shù)：雙凸球面透鏡


 首先，使用一個(gè)具有相同曲率半徑的雙凸球面透鏡。
 由于對稱形狀，前后焦距一致。
 參數(shù)是對應(yīng)波長532nm。
 透鏡材料N-BK7。
 有效焦距可通過VirtualLab中的透鏡計(jì)算器進(jìn)行計(jì)算。





3. 結(jié)果：雙凸球面透鏡


 生成的禮帽光束是一個(gè)干涉圖案的疊加，干涉圖案的出現(xiàn)時(shí)由于像差造成的。
 較低的轉(zhuǎn)換效率(56.8%)和信噪比。
 一個(gè)對稱雙凸系統(tǒng)不能提供合適的傳輸性能。




4. 參數(shù)：優(yōu)化球面透鏡


 然后，使用一個(gè)優(yōu)化后的球面透鏡。
 通過優(yōu)化曲率半徑獲得最小波像差。
 優(yōu)化獲得不同曲率半徑，因此是一個(gè)非對稱系統(tǒng)形狀。
 透鏡材料同樣為N-BK7。


關(guān)于使用VirtualLab進(jìn)行透鏡優(yōu)化的更多信息參考示例BDS.0003



5. 結(jié)果：優(yōu)化的球面透鏡


 由于球面像差，再次生成一個(gè)干涉圖樣。
 轉(zhuǎn)換效率(68.6%)和信噪比一般。
 一個(gè)優(yōu)化的球面系統(tǒng)同樣不能提供合適的傳輸性能。



6. 參數(shù)：非球面透鏡


 第三，從Asphericon中選擇一個(gè)非球面透鏡(類型：A25-50LPX)整合到SLM系統(tǒng)。
 非球面透鏡材料同樣為N-BK7。
 該透鏡從VirtualLab的透鏡庫中導(dǎo)入。

關(guān)于使用VirtualLab進(jìn)行透鏡優(yōu)化的更多信息參考示例BDS.0003




7. 結(jié)果：非球面透鏡


 生成期望的高帽光束形狀。
 不僅如此，轉(zhuǎn)換效率(90.8%)和信噪比都非常好。
 非球面透鏡以幾乎零像差將SLM函數(shù)轉(zhuǎn)換成高帽光束。




8. 總結(jié)
基于采用傅里葉光學(xué)的SLM光束整形系統(tǒng)的性能研究。

 理想光學(xué)系統(tǒng)采用2f系統(tǒng)代替具有透鏡像差的真實(shí)透鏡。
 分析由不同球面和非球面的性對高帽光束質(zhì)量的影響。

光束整形應(yīng)用需要高性能和低像差的光學(xué)系統(tǒng)，如非球面系統(tǒng)。

擴(kuò)展閱讀

擴(kuò)展閱讀
 開始視頻
-     光路圖介紹
 該應(yīng)用示例相關(guān)文件：
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相調(diào)制器設(shè)計(jì)
-     SLM.0002：空間光調(diào)制器位像素處光衍射的仿真
]]> <![CDATA[空間光調(diào)制器像素處光衍射的仿真]]> 空間光調(diào)制器(SLM.0002 v1.1)

應(yīng)用示例簡述

1. 系統(tǒng)細(xì)節(jié)
 光源
— 高斯光束
 組件
— 反射型空間光調(diào)制器組件及后續(xù)的2f系統(tǒng)
 探測器
— 視覺感知的仿真
— 電磁場分布
 建模/設(shè)計(jì)
— 場追跡：
 一個(gè)SLM像素陣列處光傳播的仿真，仿真中包括了SLM像素間無功能間隔引起的衍射效應(yīng)。

2. 系統(tǒng)說明


3. 模擬 & 設(shè)計(jì)結(jié)果

4. 總結(jié)

考慮SLM像素間隔來研究空間光調(diào)制器的性能。

第1步
將像素間隔引入到一個(gè)先前設(shè)計(jì)的用于光束整形的SLM透射函數(shù)。

第2步
分析不同區(qū)域填充因子的對性能的影響。

產(chǎn)生的衍射效應(yīng)對SLM的光學(xué)功能以及效率具有重大影響。

應(yīng)用示例詳細(xì)內(nèi)容

系統(tǒng)參數(shù)

1. 該應(yīng)用實(shí)例的內(nèi)容


2. 設(shè)計(jì)&仿真任務(wù)

由于制造和技術(shù)的原因，像素之間存在非功能間隔。這種典型的間隔會(huì)產(chǎn)生衍射效應(yīng)，從而影響SLM的光學(xué)性能，并在接下來的工作中對其進(jìn)行研究。

3. 參數(shù)：輸入近乎平行的激光束


4. 參數(shù)：SLM像素陣列


5. 參數(shù)：SLM像素陣列


應(yīng)用示例詳細(xì)內(nèi)容

仿真&結(jié)果

1. VirtualLab能夠模擬具有間隔的SLM
 由于可以嵌入組件，VirtualLab可以輕松的實(shí)現(xiàn)反射系統(tǒng)(如反射鏡，2f系統(tǒng)等)。
 內(nèi)置的SLM模式可以實(shí)現(xiàn)從簡單透射函數(shù)到包含像素和間隔的陣列的自動(dòng)轉(zhuǎn)換。

2. VirtualLab的SLM模塊


 為設(shè)置像素陣列，必須輸入像素陣列尺寸和區(qū)域填充因子。
 必須設(shè)置所設(shè)計(jì)的SLM透射函數(shù)。因此，需要輸入文件SLM_Transmission_Function.ca2的路徑。

3. SLM的光學(xué)功能

 在第一步，我們可以研究SLM后的電磁場。
 為此，將區(qū)域填充因子設(shè)置為60%。
 首先，獲得場(Ex方向)的振幅，分別顯示了SLM像素及其間隔的影響。

所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd

 此處，場(Ex方向)的（Wrapped）位相如下圖所示，其中所有的間隔的相位值都為一個(gè)常數(shù)值。

所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd

4. 對比：光柵的光學(xué)功能
 上述的像素效應(yīng)可以用相似光學(xué)功能的2D周期結(jié)構(gòu)的進(jìn)行比較。
 所示函數(shù)(Ex的振幅)相當(dāng)于一個(gè)SLM，其像素提供一個(gè)常數(shù)位相函數(shù)。
 通過這種光柵，能夠?qū)⒐庋苌涞綆讉(gè)衍射級次，衍射級次分布在x-和y-方向(由于二維光柵結(jié)構(gòu))。
 級次越高振幅衰減越快，所以只有0級，1級以及2級貢獻(xiàn)了主要的光強(qiáng)部分。
 這意味著，對于SLM，我們所期望的光分布具有有較高的級次，其光強(qiáng)由區(qū)域填充因子決定。


所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd

5. 有間隔SLM的光學(xué)功能
現(xiàn)在，基于像素陣列的區(qū)域填充因子，我們可以在傅里葉平面研究SLM的光學(xué)功能。

所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd

下圖顯示了(Ex方向)光強(qiáng)分布，圖中具有相同的振幅比率。


6. 減少計(jì)算工作量


采樣要求：
 至少1個(gè)點(diǎn)的間隔(每邊)。
 如在有效區(qū)域，用戶指定60%區(qū)域填充因子，模塊在激活區(qū)域計(jì)算5×5點(diǎn)的等間距采樣。

采樣要求：
 同樣，至少1個(gè)點(diǎn)的間隔。
 假設(shè)指定90%區(qū)域填充因子，模塊計(jì)算25×25點(diǎn)的等間距采樣。
 隨填充因子的增大，采樣迅速增加。

 為優(yōu)化大填充因子條件下的計(jì)算工作量，減小相關(guān)陣列尺寸是非常有效的方法。
 如果被照明區(qū)域小于陣列尺寸(標(biāo)記區(qū)域包含光強(qiáng)的90%)，這種簡化是非常適用的。
 如果只考慮標(biāo)記的范圍，僅計(jì)算SLM的320×320個(gè)像素即可(SLM模塊自動(dòng)刪除了透射函數(shù)邊界)。
 通過優(yōu)化，計(jì)算工作量減少了4.7倍。



減小SLM陣列尺寸后計(jì)算所得的振幅分布幾乎和全陣列一樣。

7. 指定區(qū)域填充因子的仿真

 由于間隔非常狹窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子為98%，需要更多的采樣點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算。
 全陣列尺寸798×600像素將需要79992×60600個(gè)采樣點(diǎn)，需要極高的計(jì)算量。
 因此，可適當(dāng)減小陣列尺寸到320×320像素，采樣點(diǎn)數(shù)目為32320×32320。
 在優(yōu)化的幫助下，可對指定區(qū)域填充因子進(jìn)行研究(該仿真仍需約256GB的內(nèi)存)。


8. 總結(jié)
考慮SLM像素間隔來研究空間光調(diào)制器的性能。

第1步
將像素間隔引入到一個(gè)先前設(shè)計(jì)的用于光束整形的SLM透射函數(shù)。

第2步
分析不同區(qū)域填充因子的對性能的影響。
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 開始視頻
-    光路圖介紹
 該應(yīng)用示例相關(guān)文件：
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相調(diào)制器設(shè)計(jì)
-     SLM.0003： 一個(gè)基于SLM光束整形系統(tǒng)的中透鏡像差的研究
]]> <![CDATA[設(shè)計(jì)相位型空間光調(diào)制器以生成高帽光束]]> 空間光調(diào)制器(SLM.0001 v1.1)

應(yīng)用示例簡述

1. 系統(tǒng)說明

 光源

— 高斯光束

 組件

— 反射型空間光調(diào)制器組件及后續(xù)的2f系統(tǒng)

 探測器

— 視覺感知的仿真

— 電磁場分布

— 效率、SNR，一致性偏差，雜散光評估

 建模/設(shè)計(jì)

— 基于迭代傅里葉變換算法（IFTA）設(shè)計(jì)位相傳遞函數(shù)，將高斯光束整形為高帽光束

— 場追跡：光在空間光調(diào)制器像素陣列的衍射。

2. 系統(tǒng)圖示

3. 建模與設(shè)計(jì)結(jié)果

4. 總結(jié)

VirtualLab內(nèi)置的工具，如：

 迭代傅里葉變換算法(IFTA)

 一個(gè)輔助會(huì)話編輯窗口

 經(jīng)典場追跡仿真引擎，提供多樣化選項(xiàng)以最合適的方法來處理衍射效應(yīng)。

我們可以：

1. 為反射空間光調(diào)制器(SLM)生成一個(gè)優(yōu)化后的位相調(diào)制分布設(shè)計(jì)

2. 在最終系統(tǒng)的設(shè)置中對仿真結(jié)果進(jìn)行分析。

應(yīng)用示例詳細(xì)內(nèi)容

系統(tǒng)參數(shù)

1. 內(nèi)容概覽

 首先在系統(tǒng)詳述中給出了仿真參數(shù)、常規(guī)系統(tǒng)以及評估結(jié)果。

 接下來通過一步一步的描述來幫助你了解如何設(shè)置此系統(tǒng)。

 最后的部分給你必要的信息，即到處必要的設(shè)計(jì)核分析數(shù)據(jù)以用于實(shí)際的SLM模塊。

2. 應(yīng)用實(shí)例的內(nèi)容

3. 設(shè)計(jì)&仿真任務(wù)

 對于2F系統(tǒng)和一個(gè)給定的SLM，我們設(shè)計(jì)了所需的位相用于生成一個(gè)矩形高帽光束(超級高斯)光分布。

 SLM偏折光線以在遠(yuǎn)場生成高帽形狀光束，傅里葉透鏡將光束聚焦，并決定了最終的工作距離。

4. 參數(shù)：輸入激光束

文件: SLM.0001_TopHat_SLM-Design_1_InputField.ca2

5. 參數(shù)：2f系統(tǒng)&期望輸出光束

文件: SLM.0001_TopHat_SLM -Design_2_OutputField.ca2

6. 參數(shù)：設(shè)計(jì)條件

 一般DOE vs SLM設(shè)計(jì)

對于結(jié)構(gòu)置于基底材料的衍射光學(xué)元件，像素尺寸在x和y方向可以自由選擇。對于SLM應(yīng)用， 這些尺寸都是基于SLM的像素尺寸而固定的。

 反射系統(tǒng)

在反射SLM系統(tǒng)中，其SLM是傾斜的，入射光僅可以“看見”傾斜的SLM像素區(qū)域。因?yàn)樵O(shè)計(jì)和優(yōu)化算法都是假設(shè)光線垂直入射，因此，傳輸函數(shù)的像素尺寸必須適應(yīng)設(shè)計(jì)。

7. 參數(shù)：SLM像素陣列=傳輸

在該設(shè)計(jì)中，忽略了SLM像素間隔。

如在SLM.0001中，我們假設(shè)一個(gè)區(qū)域填充因子為100%。

(*)實(shí)際上Hamamatsu X10468的區(qū)域填充因子為98%。其效應(yīng)將如SLM.0002標(biāo)題所述。

8. 設(shè)計(jì)的壓縮長度

 由于反射系統(tǒng)相對于Y軸有一個(gè)傾斜角度，垂直的入射光，以壓縮視圖的方式看SLM的X方向的長度。

 對于本設(shè)計(jì)—采用正入射考慮的迭代傅里葉變換算法—通過將SLM的X方向長度及其像素尺寸分別乘以因子 以顧及到傾斜角度的影響：

9. 輔助設(shè)計(jì)&優(yōu)化

 VirtualLab提供了一個(gè)會(huì)話編輯器用于光束整形中協(xié)助用戶配置設(shè)計(jì)和優(yōu)化文件。

 其更多地用于經(jīng)典衍射光學(xué)元件(DOE)的設(shè)計(jì)，因?yàn)槠湎袼爻叽缡亲兞，具體的大小將在設(shè)計(jì)過程中定義。

 對于一個(gè)SLM系統(tǒng)，元件的像素尺寸是一個(gè)固定參數(shù)，因此必須在會(huì)話編輯器中手動(dòng)指定。

文件:SLM.0001_TopHat_SLM -Design_3_DesignDoc.ca2

10. 設(shè)計(jì)結(jié)果：位相傳遞函數(shù)

相鄰的位相分布結(jié)果以2π模顯示。

文件:SLM.0001_TopHat_SLMDesign_4_DesignedTransmission.ca2  

應(yīng)用示例詳細(xì)內(nèi)容

仿真&結(jié)果

1. 設(shè)計(jì)結(jié)果：評價(jià)函數(shù)&輸出

 設(shè)計(jì)結(jié)果的特征參數(shù)可在分析標(biāo)簽頁內(nèi)進(jìn)行計(jì)算。輸出場(振幅)以偽彩色(彩虹)表示。

 點(diǎn)擊顯示光路圖 打開系統(tǒng)的光路圖文件(LPD)。

2. 在傾斜系統(tǒng)仿真前的設(shè)置1-2

設(shè)計(jì)好的位相數(shù)據(jù)已經(jīng)自動(dòng)地插入到打開的LPD中。對于一個(gè)反射SLM系統(tǒng)必須做出一些調(diào)整：

1. 設(shè)計(jì)的傳輸?shù)牟蓸泳嚯x必須根據(jù)實(shí)際SLM參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，因?yàn)閮A斜元件一定會(huì)有其原始像素尺寸。

2. 此外，VirtualLab允許考慮矩形像素形狀引起的光學(xué)效應(yīng)因素。

3. 在傾斜系統(tǒng)仿真前的設(shè)置3-4

4. 在傾斜系統(tǒng)仿真前的設(shè)置5

5. 因?yàn)槔硐胂到y(tǒng)元件并不適用離軸非傍軸的仿真，所以必須進(jìn)行調(diào)整，通過：

 或者使用為了考慮相應(yīng)的像差在稍后所用的透鏡 (詳見SLM.0003)。

 或者—如此處描述的—通過2f系統(tǒng)元件，應(yīng)用一個(gè)無像差的傅里葉透鏡。

所用文件: SLM.0001_TopHat_SLM -Design_5_FinalReflectiveSetup.lpd

6. 系統(tǒng)的3維顯示

 為了方便演示，在不同的元件中引入了一個(gè)額外的距離來說明系統(tǒng)配置。這在仿真中并非必要。(2f系統(tǒng)已考慮了前后的傳播距離)

7. 更高sinc級次評估

 能夠通過幾個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)模擬每個(gè)SLM的像素，從而考慮周期結(jié)構(gòu)引起衍射效應(yīng)。

 由于每一個(gè)像素的矩形結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生的衍射級次以一個(gè)sinc函數(shù)(所謂的高級sinc級次)進(jìn)行調(diào)制。

 這強(qiáng)度調(diào)制會(huì)影響一致性誤差值，在IFTA設(shè)計(jì)過程中可以補(bǔ)償這一效應(yīng)。

8. 系統(tǒng)的仿真結(jié)果

文件: SLM.0001_TopHat_SLM-Design_5_FinalReflectiveSetup.lpd

9. 總結(jié)

VirtualLab內(nèi)置的工具，如：

 迭代傅里葉變換算法(IFTA)

 一個(gè)輔助會(huì)話編輯窗口。

 經(jīng)典場追跡仿真引擎，提供多樣化選項(xiàng)以使用最合適的方法處理衍射效應(yīng)。

我們已經(jīng)：

1. 為反射空間光調(diào)制器(SLM)生成一個(gè)優(yōu)化后的位相調(diào)制分布設(shè)計(jì)

2. 在最終系統(tǒng)的設(shè)置中對仿真結(jié)果進(jìn)行分析。

分步操作說明

通用方法用于設(shè)置一個(gè)SLM系統(tǒng)并完成設(shè)計(jì)，優(yōu)化和分析

1. 設(shè)計(jì)及分析過程

2. D1：給定因子—根據(jù)SLM的幾何尺寸

 由于SLM像素的固定尺寸，結(jié)果輸出場的最大延展是確定的。利用公式可計(jì)算該延展。 通過VirtualLab的衍射光束形狀會(huì)話編輯器可以自動(dòng)進(jìn)行壓縮。

 SLM的整體尺寸也是固定的。因此可直接獲得的輸出場分辨率并可通過第二個(gè)公式進(jìn)行計(jì)算。

3. D1：可實(shí)現(xiàn)輸出場參數(shù)

考慮給定的SLM

 總輸出場尺寸：

 在目標(biāo)平面上沿x和y方向可獲得分辨率：

4. D2：輸入場

 可使用VirtualLab的光源模型生成入射場。 我們從光源工作區(qū)中使用高斯光波模型生成指定入射的激光光束分布

- 在光譜標(biāo)簽下指定波長- 在空間參數(shù)標(biāo)簽下指定1/e2束腰半徑

5. D2：輸出場

 可使用VirtualLab的光源模型生成輸出場。

 我們從光源工作區(qū)中使用超高斯模型定義期望的目標(biāo)光場分布

- 在光譜標(biāo)簽下指定波長

- 在空間參數(shù)標(biāo)簽下指定：

 可分離(Rect.-Symm)

 1/e2束腰半徑

 邊緣寬度(應(yīng)大于無光束整形元件光學(xué)系統(tǒng)生成的單目標(biāo)光斑半徑)

6. D3：入射角

這些自適應(yīng)尺寸應(yīng)用于設(shè)計(jì)中！

7. 用于IFTA設(shè)計(jì)操作的系統(tǒng)概覽

8. D4：配置會(huì)話編輯器

9. D4：通過參數(shù)概覽進(jìn)行檢查

10. D5：幾何預(yù)設(shè)計(jì)

1. 為迭代傅里葉變換算法(IFTA)獲得一個(gè)好的起始點(diǎn)，執(zhí)行基于幾何光學(xué)光束整形的預(yù)設(shè)計(jì)。

2. 選擇笛卡兒可分性以生成一個(gè)矩形目標(biāo)圖案。

3. 開始初始設(shè)計(jì)

11. D5：IFTA-相位級次數(shù)

12. D5：IFTA—補(bǔ)償Sinc調(diào)制

13. D5：IFTA—設(shè)計(jì)設(shè)置

14. IFTA預(yù)分析

 在完成設(shè)計(jì)過程，在分析標(biāo)簽對設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行概覽。

 可以顯示輸出場。如偽(彩虹)彩色。

 由于IFTA在光束整形器設(shè)計(jì)中使用更大的場進(jìn)行計(jì)算來制合適的位相值(因此會(huì)有更高的采樣)，使IFTA的分析結(jié)果與后續(xù)整個(gè)系統(tǒng)的仿真結(jié)果略有出入。

15. A1：獲得整個(gè)系統(tǒng)—LPD

 在最初，IFTA總是輸出一個(gè)軸向傳輸系統(tǒng)。

 因此，我們將稍微的修改此系統(tǒng)以用于后續(xù)實(shí)際幾何結(jié)構(gòu)的最終仿真。

 首先，我們進(jìn)行設(shè)計(jì)位相傳輸數(shù)據(jù)的最后準(zhǔn)備。

16. A1：應(yīng)用SLM孔徑

 現(xiàn)在，我們需要提取對應(yīng)與實(shí)際SLM像素?cái)?shù)的透射區(qū)域。

 如果在衍射光束整形器會(huì)話編輯器窗口中點(diǎn)擊下一步，該提取將會(huì)自動(dòng)完成。

 然后點(diǎn)擊提取 可以獲得包含指定孔徑的設(shè)計(jì)的透射函數(shù)。

17. A1：調(diào)整采樣距離

 重新調(diào)整X方向的采樣距離，這僅在IFTA設(shè)計(jì)中需要。(在整個(gè)系統(tǒng)中，SLM有其原有的采樣尺寸和預(yù)期的傾斜角度。)

 可通屬性瀏覽器的數(shù)據(jù)標(biāo)簽下完成采樣間距的重新調(diào)整。

 如果整個(gè)系統(tǒng)已經(jīng)依據(jù)軸上系統(tǒng)設(shè)計(jì)(透射式或者反射式光束分束)，該操作則沒有必要。

18. A1：交換透過率函數(shù)

19. A2：轉(zhuǎn)換到基本工具箱LPD

 點(diǎn)擊衍射光學(xué)工具箱光路圖的光路編輯器中工具按鈕，然后點(diǎn)擊轉(zhuǎn)換為基本工具箱光路圖。

 通過此步驟，你可以獲得完全的光學(xué)元件選擇樹狀列表以在光路圖中插入元件。

20. A2：調(diào)整實(shí)際系統(tǒng)的幾何結(jié)構(gòu)

21. A3 :設(shè)置2f系統(tǒng)

由于理想透鏡元件不適用于離軸非傍軸模擬，因此必須使用下列之一進(jìn)行更換：

 為了考慮相應(yīng)的像差在后面的所用的透鏡。

 如此處所演示—通過一個(gè)2f元件，即實(shí)現(xiàn)一個(gè)完美無像差的傅里葉透鏡。

如，該2f系統(tǒng)元件可以完美地將斜光束聚焦到預(yù)期位置的平面顯示屏上，以補(bǔ)償非傍軸。編輯對話框中的參數(shù)設(shè)置已經(jīng)考慮了元件前后的傳播距離。

文件: SLM.0001_TopHat_SLM-Design_5_FinalReflectiveSetup.lpd

22. A3 :選擇旋轉(zhuǎn)算子

23. A4 :模擬像素化透射函數(shù)

 在默認(rèn)設(shè)置下，VirtualLab通過單個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)(仿真像素)仿真每一個(gè)設(shè)計(jì)的透過像素。

 若考慮每一矩形轉(zhuǎn)換像素的效應(yīng)，需要用更多的數(shù)據(jù)點(diǎn)來描述像素。

 根據(jù)引入的像素因子，我們以3×3數(shù)據(jù)點(diǎn)仿真每個(gè)轉(zhuǎn)換像素區(qū)域。

 此時(shí)，我們沒考慮SLM像素間隔。這可以被視為一個(gè)特殊的組件，將在SLM.0002中會(huì)介紹。

 上述考慮將會(huì)增加計(jì)算時(shí)間以及輸出場尺寸。

24. A5 :完整系統(tǒng)的仿真

  

操作&重點(diǎn)關(guān)注反射

不同幾何結(jié)構(gòu)，屏幕&加工

考慮反射

關(guān)于期望設(shè)置的幾何結(jié)構(gòu)，當(dāng)設(shè)計(jì)這樣一個(gè)光束整形元件時(shí)，用戶需要考慮如下問題：

 結(jié)構(gòu)應(yīng)放在元件的哪一邊。

 系統(tǒng)是透射式還是反射式。

 目標(biāo)圖案是在透射屏上觀察研究還是在不透明屏幕上。

如何進(jìn)一步使用數(shù)據(jù)(制造商/SLM輸入)(需要什么樣的坐標(biāo)系統(tǒng))。 因此，用戶可能需要： 以鏡像圖案設(shè)計(jì)和/或 采用一個(gè)z方向縮放為-1(翻轉(zhuǎn))或一個(gè)x方向縮放為-1（反射）的結(jié)構(gòu)以避免鏡像效應(yīng)。VirtualLab為這種情況提供了所有必要的工具。 對于提出的用于SLM系統(tǒng)的點(diǎn)對稱圖案，無需特別注意的事項(xiàng)。

SLM應(yīng)用的數(shù)據(jù)輸出1. Bitmap導(dǎo)出 設(shè)計(jì)之后，傳輸數(shù)據(jù)需要轉(zhuǎn)移到SLM。一般的方法是將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為bitmap(BMP)格式，并通過圖形/顯示驅(qū)動(dòng)來啟動(dòng)SLM。 可通過以下步驟完成這樣的BMP輸出：1. 如果在IFTA設(shè)計(jì)中引入量化等級，則可根據(jù)SLM的識(shí)別等級數(shù)完成操作2. 與導(dǎo)入的SLM位相修正文件相乘(如果SLM制造商提供了這樣的文件)3. 移動(dòng)位相到實(shí)部4. 提取正值5. 歸一化最大值為16. 以可識(shí)別等級數(shù)目分別乘以實(shí)部。如255(0255)7. 輸出BMP(文件>輸出)-即實(shí)部以灰度0到可識(shí)別SLM等級數(shù)2. 導(dǎo)出：1.引入量化等級可在設(shè)計(jì)過程中或設(shè)計(jì)完成后進(jìn)行量化。1. 在IFTA設(shè)計(jì)&優(yōu)化過程中引入等距等級(如位相)會(huì)增加計(jì)算時(shí)間。但是對于少量的量化等級，可以使用該操作，因?yàn)樘幚磉^程通過智能計(jì)算(軟件自帶)會(huì)流暢地完成。2. 如果SLM可識(shí)別大量的級次(也就是近乎連續(xù)，如200)，那么在后續(xù)可以應(yīng)用強(qiáng)行量化，因?yàn)橥ㄟ^界面幾乎無法改變透射，因此幾乎不改變優(yōu)化函數(shù)值。   通過 操作（Manipulation）>量化(Quantization)>強(qiáng)行量化(Hard Quantization)完成。3. 導(dǎo)出：2.SLM位相校正 一般SLM并不是完全平的，因此一些制造商提供了一個(gè)特定的位相校正函數(shù)，應(yīng)與設(shè)計(jì)的透射函數(shù)相乘。 導(dǎo)入校正函數(shù)，并將其與計(jì)算的透射函數(shù)相乘，使用鍵盤上的“*”按鈕，或者通過 操作（Manipulation）>陣列(Array)-陣列操作(Array Operations)>相乘(Multiplication)關(guān)于VirtualLab數(shù)據(jù)導(dǎo)入的更多細(xì)節(jié)查找案例337.01 。4. 導(dǎo)出：3.位相到實(shí)部移動(dòng)位相到實(shí)部可通過：操作（Manipulation）>場量操作（Field Quantity Operation）>移動(dòng)（Move）：位相到實(shí)部

5. 導(dǎo)出：4.提取正值通過 操作（Manipulation）>振幅(Amplitude)/實(shí)部操作（Real Part Manipulations>提取正值(Lift Positive)

6. 導(dǎo)出：5.歸一化通過 操作(Manipulation)>振幅(Amplitude)/實(shí)部操作（Real Part Manipulation）>歸一化(Normalize)
7. 導(dǎo)出：6.調(diào)整最大值通過 操作（Manipulation）>常量操作（Operation with Constant）>乘以常量（Multiply Constant）
8. 導(dǎo)出：7.BMP導(dǎo)出通過文件（File）菜單>導(dǎo)出（Export）>導(dǎo)出（Export）為圖像

在導(dǎo)出對話框中將文件格式改為.BMP。現(xiàn)在bitmap 數(shù)據(jù)可以調(diào)入到SLM模塊！

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擴(kuò)展閱讀l  開始視頻

-     光路圖介紹

-     參數(shù)運(yùn)行介紹

-     參數(shù)優(yōu)化介紹

l  該應(yīng)用示例相關(guān)文件：

-     案例337： 導(dǎo)入數(shù)據(jù)陣列介紹

-     SLM.0002：一個(gè)SLM的像素處光衍射的仿真

-     SLM.0003： 一個(gè)基于光束整形系統(tǒng)的SLM中透鏡像差的研究

]]> <![CDATA[偏振分色]]>
現(xiàn)在開始建立幾何模型，這里包括一個(gè)由方解石做的平凸透鏡，后面接著是一塊方解石波片、一個(gè)線性偏光器和一個(gè)收集面。

盡管這個(gè)模型中的方解石有兩個(gè)方向，但只需要?jiǎng)?chuàng)建一種方解石材料，定義透鏡材料的方向?yàn)榭燧S沿全局坐標(biāo)系的z軸方向。

方解石材料的波片以其快軸的方向分成全局坐標(biāo)系的X軸和Y軸兩個(gè)方向。同樣用于透鏡的雙折射材料定義也可以用于波片中，通過 "Edit/View GRIN/Birefringent Position/Orientation"對話框?qū)⒆鴺?biāo)轉(zhuǎn)換成波片表面。


偏振器上有一個(gè)涂層只讓沿全局坐標(biāo)系的X軸方向偏振的光通過：

光源是相干的，準(zhǔn)直的沿全局坐標(biāo)系Y軸的方向偏振。"Synthesize a Color"（合成一種顏色）的功能是用來創(chuàng)建和權(quán)衡模擬“白色”的均勻空間波長范圍。

追跡光源

用 Color Image 功能評估探測器上的光線，圖像具有以下的特征。這個(gè)觀點(diǎn)是通過調(diào)用Chart Viewer 中的 "Show in Visualization View.."選項(xiàng)卡，并且將探測器的 Visualization Attribute Opacity to "Invisible(可視化屬性設(shè)置為“不可見”).
]]> <![CDATA[空間光調(diào)制器自適應(yīng)激光光束整形]]>
基于空間光調(diào)制器(SLM)的激光整形：利用SLM，可將一個(gè)高斯光束轉(zhuǎn)換成一個(gè)高帽輪廓的超高斯。對于一些新型應(yīng)用，空間光調(diào)制器(SLM)在控制和調(diào)制激光方面具有無限的可能：

 自適應(yīng)光學(xué)
 超分辨顯微鏡
 光鑷
 激光材料處理
 量子光學(xué)

SLM光束整形: 將一個(gè)高斯光束轉(zhuǎn)換成高帽輪廓


VirtualLab Fusion軟件為自適應(yīng)激光整形系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了一系列可靠的、快速的以及靈活的工具？梢杂(jì)算出位相掩膜并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移至SLM。VirtualLab Fusion能夠?qū)τ诎瑥?fù)雜光源、光束傳輸光學(xué)以及衍射SLM(詳見附圖)整個(gè)自適應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行分析和優(yōu)化。對于具有干涉光路的系統(tǒng)，同樣可以應(yīng)用VirtualLab Fusion軟件進(jìn)行模擬。

VirtualLab Fusion軟件的特性：

 SLM輸入數(shù)據(jù)的快速、穩(wěn)健設(shè)計(jì)
 包含SLM、透鏡以及反射鏡的自適應(yīng)激光系統(tǒng)整體仿真
 雜散光&衍射效率的計(jì)算
 VirtualLab中所選SLM的直接控制
 光學(xué)系統(tǒng)容差


自適應(yīng)光束整形設(shè)計(jì)用于：

 矩形和圓形的高帽光束
 單線或多線
 普通圖形和光標(biāo)
 定周期或任意的光束分束器
 單圖案和一系列的圖形

應(yīng)用示例

 SLM.0001:用于生成高帽光束的SLM位相調(diào)制設(shè)計(jì)
在這個(gè)應(yīng)用示例中，將一個(gè)反射空間光調(diào)制器用光束整形元件。出于此目的，對一個(gè)2f系統(tǒng)進(jìn)行位相分布設(shè)計(jì)及優(yōu)化以使入射的高斯光束整形為矩形無散斑高帽光束圖案。在設(shè)置過程中考慮一定的入射角并對數(shù)據(jù)的導(dǎo)出進(jìn)行了討論。

 SLM.0002: 一個(gè)空間光調(diào)制器的像素處的衍射的仿真
SLM陣列的像素間存在一些非功能的間隔，此示例主要是對這些非功能間隔產(chǎn)生的影響進(jìn)行研究。因此，為了在示例SLM.0001中光束整形設(shè)計(jì)中引入不同寬度的間隔而使用SLM模塊化組件。然后，根據(jù)不同的填充因子(根據(jù)間隔寬度)計(jì)算結(jié)果光圖形。此外，討論了一種可以在大區(qū)域填充因子條件下減少計(jì)算量的方法。

 SLM.0003: 基于SLM光束整形系統(tǒng)中光學(xué)系統(tǒng)像差的研究
在該示例中，討論了在基于SLM的光束整形系統(tǒng)中透鏡像差產(chǎn)生的影響。因此，在SLM0.001和SLM.0002中所采用的理想傅里葉透鏡被替換為真實(shí)透鏡，該透鏡系統(tǒng)表現(xiàn)出不同的光學(xué)系能(如球面系統(tǒng)或非球面系統(tǒng))。結(jié)果顯示，為了獲得較好的質(zhì)量的光束，在傳輸整形系統(tǒng)中必須是使用高性能光學(xué)系統(tǒng)。
利用VirtualLab Fusion軟件可以仿真SLM的像素效應(yīng)。應(yīng)用不同的SLM區(qū)域填充因子(60%,80%,100%)時(shí)顯示的結(jié)果
]]> <![CDATA[反射光束整形系統(tǒng)]]> 光束傳輸系統(tǒng)（BDS.0005 v1.0）

二極管激光光束使用無色散離軸反射裝置進(jìn)行準(zhǔn)直和整形



簡述案例

系統(tǒng)詳情
 光源
- 強(qiáng)象散VIS激光二極管
 元件
- 光束準(zhǔn)直和整形的反射元件（例如圓柱拋物面鏡）
- 具有高斯振幅調(diào)制的光闌
 探測器
- 光線可視化（3D顯示）
- 波前差探測
- 場分布和相位計(jì)算
- 光束參數(shù)（M2值，發(fā)散角）
 模擬/設(shè)計(jì)
- 光線追跡（Ray Tracing:）：基本系統(tǒng)預(yù)覽和波前差計(jì)算
- 幾何場追跡+和經(jīng)典場追跡（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）：
 分析和優(yōu)化整形光束質(zhì)量
 元件方向的蒙特卡洛公差分析

系統(tǒng)說明


模擬和設(shè)計(jì)結(jié)果


場（強(qiáng)度）分布                                   優(yōu)化后
數(shù)值探測器結(jié)果




總結(jié)

實(shí)現(xiàn)和分析高性能離軸和無色散反射光束整形裝置。
1.模擬
使用光線追跡驗(yàn)證反射光束整形裝置。
2.評估
應(yīng)用幾何場追跡+(GFT +)引擎來計(jì)算場分布和評價(jià)光束參數(shù)。
3.優(yōu)化
利用一個(gè)具有高斯形狀孔徑函數(shù)的光闌和經(jīng)典場追跡引擎來優(yōu)化M2參數(shù)。
4.分析
通過應(yīng)用蒙特卡羅公差來分析方向偏差的影響。

對于復(fù)雜的光束整形裝置，特別是離軸系統(tǒng)，可以使用VirtualLab來進(jìn)行高效的模擬和分析。模擬過程中，根據(jù)情況應(yīng)用不同的模擬引擎。

詳述案例

系統(tǒng)參數(shù)

案例的內(nèi)容和目標(biāo)

在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束傳輸系統(tǒng)。


 目標(biāo)是準(zhǔn)直并對稱由激光二極管發(fā)射的高斯光束。
 之后，研究并優(yōu)化整形光束的質(zhì)量。
 另外，探討了鏡像位置和傾斜偏差的影響。

模擬任務(wù)：反射光束整形設(shè)置
引入的反射光束整形裝置是基于一個(gè)反射鏡系統(tǒng)，此系統(tǒng)由兩個(gè)拋物面圓柱反射鏡鏡與拋物面截面反射鏡組成。焦點(diǎn)距離和鏡子的位置取決于輸入光束的發(fā)散角。





規(guī)格：像散激光光束

 由激光二極管發(fā)出的強(qiáng)像散高斯光束
 忽略發(fā)射區(qū)域在x和y方向可能發(fā)生的移動(dòng)





規(guī)格：柱形拋物面反射鏡
                        
 有拋物面曲率的圓柱鏡
 應(yīng)用用錐形常數(shù).-1來實(shí)現(xiàn)錐形界面
 曲率半徑等于焦距的兩倍


規(guī)格：離軸拋物面圓柱鏡（楔型）

 對稱拋物面鏡區(qū)域用于光束的準(zhǔn)直
 從VirtualLab元件目錄使用離軸拋物面鏡（楔型）
 離軸角決定了截切區(qū)域

  
規(guī)格：參數(shù)概述（12° x 46°光束）

  

光束整形裝置的光路圖


 由于VirtualLab的相對坐標(biāo)系統(tǒng)，則僅需設(shè)置z方向的距離。
 因?yàn)殡x軸拋物面鏡的位置是相對于它的焦點(diǎn)，那么到反射鏡2的距離z必須是負(fù)的。

反射光束整形系統(tǒng)的3D視圖



 光學(xué)元件的定位可以通過使用3D系統(tǒng)視圖來顯示。
 綠線表示生成的光軸，由VirtualLab的基礎(chǔ)定位方法生成（僅僅設(shè)置了距離z和傾角）。

詳述案例

模擬和結(jié)果

結(jié)果：3D系統(tǒng)光線掃描分析
 首先，應(yīng)用光線追跡研究光通過光學(xué)系統(tǒng)。
 使用光線追跡系統(tǒng)分析儀進(jìn)行分析。

file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd

使用參數(shù)耦合來設(shè)置系統(tǒng)


自由參數(shù)：
 反射鏡1后y方向的光束半徑
 反射鏡2后的光束半徑
 視場角，這決定了離軸取向（這些值保存為全局變量）
 由于功能原理，所有系統(tǒng)參數(shù)（距離，焦距，直徑）可以由光束參數(shù)分析計(jì)算。
 對于此計(jì)算，應(yīng)用了嵌入的參數(shù)耦合功能。






自由參數(shù)：
 反射鏡1后y方向的光束半徑
 反射鏡2后的光束半徑
 視場角，這決定了離軸取向（這些值保存為全局變量）
 基于光束發(fā)散角和直徑（x和y方向）焦點(diǎn)，可以計(jì)算并設(shè)置反射鏡的直徑和距離z。


 如果這個(gè)例子評估20個(gè)參數(shù)，那么返回到光路圖（LPD）。


結(jié)果：使用GFT+進(jìn)行光束整形




 現(xiàn)在，利用幾何場追跡+計(jì)算生成的光束剖面。


 由于離軸設(shè)置，光線分布顯示出輕微的不對稱形狀。

 不過，場分布幾乎是對稱的（最好是使用偽色（false colors））。

 產(chǎn)生的相位是完全平坦的，產(chǎn)生的波前誤差：



file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd

結(jié)果：評估光束參數(shù)


 從生成的整形光束場分布，可以評估光束參數(shù)。 可以直接通過使用探測器界面實(shí)現(xiàn)。
 在這個(gè)例子中，我們對光束半徑，發(fā)散角和M²值感興趣。


 整形光束在x和y方向上顯示了一個(gè)幾乎相同的半徑。 發(fā)散角大約是4urad。
 M²值明顯高于1。（與理想高斯光束相比，高M(jìn)²值是由光束偏離引起的）

file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd

光束質(zhì)量優(yōu)化


 通常，使用合適的高斯調(diào)制光闌以用于優(yōu)化M²值。 因此，我們使用測量的半徑作為腰束半徑（消除發(fā)散角）來生成一個(gè)高斯光束。
 之后，將接收場轉(zhuǎn)換成一個(gè)透射函數(shù)。 將該傳輸函數(shù)用作光闌（在一個(gè)透射函數(shù)元件中）。


結(jié)果：光束質(zhì)量優(yōu)化


 由于通過高斯孔徑傳播，光束顯示出理想高斯形狀。 因此，M²值在兩個(gè)方向上幾乎都是1。



 然而，光束半徑是略有減少。（光束半徑顯示在最后一張幻燈片是由于其偏離了理想高斯。）


file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd

反射鏡方向的蒙特卡洛公差

 對于公差，在隨機(jī)模式下我們使用參數(shù)運(yùn)行特性。


 這意味著參數(shù)變化是的正態(tài)




 對于這個(gè)例子，假設(shè)每個(gè)反射鏡都有±0.1°的角度偏差（絕對的方向）。 由于這個(gè)偏差，整形光束的波前差明顯增加。
這意味著，波前對對齊誤差很敏感。



file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run

第一個(gè)隨機(jī)公差的典型強(qiáng)度分布：（相應(yīng)的均方根波前差：1.08λ，40.4λ，140λ）



由于波前差和因此校準(zhǔn)的偏差更大，M²值明顯增加？梢允褂酶咚箍讖絹頊p少。

總結(jié)

實(shí)現(xiàn)并分析高性能離軸和無色散反射光束整形裝置。
1.模擬
通過使用光線追跡來驗(yàn)證反射光束整形設(shè)置。
2.研究
為了計(jì)算場分布和評價(jià)光束參數(shù)，應(yīng)用幾何場追跡+（GFT+）引擎。
3.優(yōu)化
通過使用顯示出高斯整形孔徑函數(shù)和經(jīng)典場追跡引擎來優(yōu)化M2參數(shù)。
4.分析
通過應(yīng)用蒙特卡羅公差來分析取向偏差的影響。
可以使用VirtualLab Fusion非常有效地模擬和分析復(fù)雜的光束整形裝置，尤其是離軸系統(tǒng)。為此，根據(jù)情況應(yīng)用不同的模擬引擎。

參考文獻(xiàn)
[1]M. Serkan, H. Kirkici, and H. Cetinkaya, “Off-axis mirror based optical system design for circularization, collimation, and expansion of elliptical laser beams”, Appl. Optics 46, No. 22, 5489-5499 (2007).

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 獲得入門視頻
- 介紹光路圖
- 介紹參數(shù)運(yùn)行
 關(guān)于案例的文檔
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing
- BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair]]> <![CDATA[《VirtualLab Fusion物理光學(xué)實(shí)驗(yàn)教程》]]>
前言

在物理光學(xué)中，認(rèn)為光是一種電磁波。在光的電磁場理論基礎(chǔ)上，研究光在介質(zhì)中的傳播規(guī)律，如光的干涉、光的衍射、光的偏振等物理現(xiàn)象，進(jìn)而研究這些規(guī)律和現(xiàn)象的應(yīng)用。它是一門經(jīng)典理論與近代技術(shù)相結(jié)合的應(yīng)用性很強(qiáng)的課程。由于學(xué)習(xí)物理光學(xué)需要具備較強(qiáng)的數(shù)學(xué)理論功底，并且對于物理光學(xué)中的概念和相關(guān)物理現(xiàn)象很難把握，因此使用物理光學(xué)仿真平臺(tái)搭建物理實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ，可以幫助學(xué)生更好的理解相關(guān)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

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(gè)系統(tǒng)地仿真，但忽略了衍射和矢量等波動(dòng)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(gè)系統(tǒng)進(jìn)行求解，從而獲得完整的電磁場信息，但由于計(jì)算量大而無法對整個(gè)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，它利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬技術(shù)將物理光學(xué)中眾多具有復(fù)雜、抽象概念的實(shí)驗(yàn)，通過簡單的流程圖操作形式進(jìn)行建模，將物理實(shí)驗(yàn)中不易得到的結(jié)果通過仿真展現(xiàn)出來，使得用戶可以脫離復(fù)雜、煩瑣的實(shí)驗(yàn)搭建過程，從而更加直觀、方便的感受物理光學(xué)實(shí)驗(yàn)中的各種光學(xué)現(xiàn)象，幫助用戶準(zhǔn)確理解物理光學(xué)的核心內(nèi)容。

VirtualLab Fusion軟件當(dāng)中集成了從幾何光學(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、瑞利索墨菲算子、薄元近似和傅里葉模態(tài)法等，既能夠使用場追跡或經(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(gè)區(qū)域連接起來，從而達(dá)到對整個(gè)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，在軟件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)不同類型光場在時(shí)間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物理光學(xué)實(shí)驗(yàn)教程》書籍，書中既包含了物理光學(xué)理論的介紹，又包含了大量逐步講解的實(shí)用案例，包羅了物理光學(xué)當(dāng)中干涉、衍射、晶體、偏振及傅里葉光學(xué)等方面的基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)的詳細(xì)操作過程。
期望通過此書，能夠幫助用戶更好的理解物理光學(xué)基礎(chǔ)概念和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并且可以學(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。

感謝訊技的工程師團(tuán)隊(duì)在此書的編撰過程中所付出的努力，由于時(shí)間有限，書中難免會(huì)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(shí)與我們聯(lián)系。


目錄

第一章 物理光學(xué)概念介紹 6
1.1 幾何光學(xué)和光線追跡 6
1.2 物理光學(xué)和光場追跡 6
1.3 電場、磁場以及坡印廷矢量 8
1.4 振幅、相位及實(shí)部和虛部 9
1.5 振幅、相位與偏振 10
1.6 菲涅爾公式 11
1.7 全反射 13
1.8 倏逝波 14
第二章 光的干涉及干涉系統(tǒng)建模仿真 16
2.1 牛頓環(huán)模擬仿真 16
2.1.1 牛頓環(huán)反射系統(tǒng)預(yù)覽 16
2.1.2 光源-平面波 16
2.1.3 牛頓環(huán)參數(shù) 16
2.1.4 模擬仿真步驟 17
2.1.5 總結(jié) 24
2.2  Fabry-Pérot標(biāo)準(zhǔn)具干涉 24
2.2.1 F-P標(biāo)準(zhǔn)具系統(tǒng)預(yù)覽 25
2.2.2 光源-球面波 25
2.2.3 F-P標(biāo)準(zhǔn)具參數(shù) 25
2.2.4 球透鏡參數(shù) 26
2.2.5 模擬仿真步驟 27
2.2.6 總結(jié) 39
2.3 斐索干涉儀 39
2.3.1 斐索干涉儀系統(tǒng)預(yù)覽 40
2.3.2 光源-球面波 40
2.3.3 準(zhǔn)直透鏡參數(shù) 40
2.3.4 光束分束器參數(shù) 41
2.3.5 參考面參數(shù) 42
2.3.6 測試面參數(shù) 42
2.3.7 成像透鏡 44
2.3.8 模擬仿真步驟 45
2.3.9 總結(jié) 55
2.4 楊氏雙縫干涉 56
2.4.1 楊氏雙縫干涉系統(tǒng)預(yù)覽 56
2.4.2 光源-高斯波 56
2.4.3 雙縫-可編程元件 57
2.4.4 模擬仿真步驟 57
2.4.5 總結(jié) 61
2.5 剪切干涉儀 61
2.5.1 入射面基本參數(shù) 62
2.5.2 準(zhǔn)直擴(kuò)束基本參數(shù) 62
2.5.3 剪切平板基本參數(shù) 63
2.5.4 模擬仿真步驟 64
2.5.5 總結(jié) 71
2.6 馬赫-曾德爾干涉儀 72
2.6.1 馬赫-曾德爾干涉儀系統(tǒng)預(yù)覽 72
2.6.2 光源基本參數(shù) 72
2.6.3 擴(kuò)束器參數(shù) 73
2.6.4 相位延遲元件 73
2.6.5 球透鏡基本參數(shù) 74
2.6.6 模擬仿真步驟 75
2.6.7 總結(jié) 84
2.7 邁克爾遜干涉儀 85
2.7.1 邁克爾遜干涉儀預(yù)覽 85
2.7.2 光源-高斯光 85
2.7.3 分束器元件參數(shù) 86
2.7.4 反射鏡基本參數(shù) 86
2.7.5 模擬仿真步驟 87
2.7.6 總結(jié) 94
第三章 光的衍射及衍射系統(tǒng)建模仿真 95
3.1 單縫衍射 95
3.1.1 光源類型—平面波 95
3.1.2 單縫基本參數(shù) 96
3.1.3 模擬仿真步驟 96
3.1.4 總結(jié) 102
3.2 矩孔衍射 102
3.2.1 光源模型—平面波 103
3.2.2 矩孔基本參數(shù) 103
3.2.3 模擬仿真步驟 104
3.2.4 總結(jié) 107
3.3 雙縫衍射及四縫衍射 108
3.3.1 雙縫衍射 108
3.3.2 光源模型—平面波 108
3.3.3 雙縫參數(shù) 109
3.3.4 模擬仿真步驟 109
3.3.5 總結(jié) 117
3.4 四縫衍射 117
3.4.1 四縫衍射原理圖 117
3.4.2 光源模型-平面波 117
3.4.3 四縫參數(shù) 118
3.4.4 模擬仿真步驟 118
3.4.5 總結(jié) 124
3.5 泊松亮斑 125
3.5.1 光源-高斯波 125
3.5.2 圓孔參數(shù) 126
3.5.3 模擬仿真步驟 126
3.5.4 參數(shù)掃描 129
3.5.5 總結(jié) 133
3.6 菲涅爾波帶片 133
3.6.1 光源-平面波 133
3.6.2 圓孔參數(shù) 134
3.6.3 模擬仿真步驟 134
3.6.4 參數(shù)掃描 138
3.6.5 總結(jié) 139
3.7 閃耀光柵 139
3.7.1 模擬仿真步驟 140
3.7.2 參數(shù)掃描 148
3.7.3 總結(jié) 151
第四章 光的偏振和晶體光學(xué) 152
4.1 偏振光的介紹及偏振態(tài)的描述 152
4.1.1 偏振光的介紹 152
4.1.2 偏振態(tài)的描述 152
4.1.3 線偏振光、徑向偏振光和角向偏振光的建模 153
4.2 偏振光的生成及馬呂斯定律 162
4.2.1 偏振光的生成 162
4.2.2 馬呂斯定律 163
4.3 偏振光的瓊斯矢量表示及偏振轉(zhuǎn)換 167
4.3.1 偏振光的瓊斯矢量表示 167
4.3.2 偏振器件的瓊斯矢量表示 167
4.3.3 偏振變換 168
4.4 單軸晶體的離散效應(yīng) 176
4.4.1 原理介紹 176
4.4.2 模擬仿真 177
4.5 單軸晶體會(huì)聚偏振光的干涉 184
4.5.1 模擬仿真 184
4.6 雙軸晶體的錐形折射效應(yīng) 190
4.6.1 模擬仿真 190
4.7 總結(jié) 197
第五章 傅里葉光學(xué)及全息光學(xué) 198
5.1 傅里葉光學(xué) 198
5.1.1 簡介 198
5.1.2 傅里葉透鏡 199
5.1.3 傅里葉變換性質(zhì) 199
5.1.4 透鏡的成像性質(zhì) 201
5.1.5 透鏡傅里葉變換性質(zhì)的模擬仿真 202
5.2 全息光學(xué) 206
5.2.1 全息照片的記錄 206
5.2.2 全息照片的再現(xiàn) 206
5.2.3 實(shí)驗(yàn)裝置圖和參數(shù) 207
5.2.4 模擬仿真 209
5.2.5 總結(jié) 224
5.3 阿貝成像系統(tǒng) 224
5.3.1 阿貝成像簡介 224
5.3.2 阿貝-波特實(shí)驗(yàn) 225
5.3.3 阿貝成像系統(tǒng) 226
5.3.4 模擬仿真 227
5.3.5 總結(jié) 235
5.4 4f濾波系統(tǒng) 235
5.4.1 簡介 235
5.4.2 光學(xué)系統(tǒng)模擬仿真 236
5.4.3 總結(jié) 243
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]]> <![CDATA[薄膜設(shè)計(jì)與鍍膜工藝線下課程（12月4~6日）-上海]]> 時(shí)間地點(diǎn)

主辦單位：訊技光電科技（上海）有限公司；蘇州黌論教育咨詢有限公司
授課時(shí)間：2024年12月4 (三）-6（五）共3天  AM 9:00-PM 16:00
授課地點(diǎn)：上海市嘉定區(qū)南翔銀翔路819號中暨大廈18樓1805室
課程講師：訊技光電高級工程師&資深顧問
課程費(fèi)用：4800RMB(課程包含課程材料費(fèi)、開票稅金、午餐)


特邀專家介紹

易葵：中國科學(xué)院上海光機(jī)所正高級工程師，主要從事光學(xué)薄膜設(shè)計(jì)、制備工藝和測試相關(guān)方面的研究工作，尤其是在高功率激光薄膜、空間激光薄膜、X射線多層膜、真空鍍膜技術(shù)與薄膜制備工藝研究等方面有較為深入的研究。獲得國家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)、上海市技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)、上海市科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)、軍隊(duì)科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)等獎(jiǎng)項(xiàng)，入選2014年度中科院“現(xiàn)有關(guān)鍵技術(shù)人才”。


課程簡介

隨著現(xiàn)代科技的飛速發(fā)展，光學(xué)薄膜的應(yīng)用越來越廣泛。光學(xué)薄膜的發(fā)展極大地促進(jìn)了現(xiàn)代光學(xué)儀器性能的提高，其種類非常廣泛，如增透膜，高反膜，分光膜，濾光片等，光學(xué)薄膜器件如今已經(jīng)廣泛應(yīng)用到光通信技術(shù)、光伏產(chǎn)業(yè)技術(shù)、激光技術(shù)、光刻技術(shù)、航空航天技術(shù)等諸多領(lǐng)域。本次課程第一天主要為國際知名的光學(xué)薄膜分析軟件Essential Macleod的使用，第二天為各種類型的光學(xué)薄膜的設(shè)計(jì)模擬方法，前兩天主講人為訊技光電高級工程師，第三天特別邀請上海光學(xué)精密機(jī)械研究所專家易葵，分享光學(xué)薄膜制備工藝、激光薄膜關(guān)鍵技術(shù)以及光學(xué)薄膜的測量方法等相關(guān)內(nèi)容。

課程大綱

1. Essential Macleod軟件介紹1.1 介紹軟件
1.2 創(chuàng)建一個(gè)簡單的設(shè)計(jì)1.3 繪圖和制表來表示性能
1.4 通過剪貼板和文件導(dǎo)入導(dǎo)出數(shù)據(jù)1.5 可用的材料模型（Sellmeier, Cauchy, Drude, Lorentz, Drude-Lorentz, Hartmann）
1.6 特定設(shè)計(jì)的公式技術(shù)1.7 交互式繪圖
2. 光學(xué)薄膜理論基礎(chǔ)2.1 垂直入射時(shí)的界面和薄膜特性計(jì)算
2.2 后表面對光學(xué)薄膜特性的影響3. 材料管理
3.1 材料模型3.2 介質(zhì)薄膜光學(xué)常數(shù)的提取
3.3 金屬薄膜光學(xué)常數(shù)的提取3.4 基板光學(xué)常數(shù)的提取
4. 光學(xué)薄膜設(shè)計(jì)優(yōu)化方法4.1 參考波長與g
4.2 四分之一規(guī)則4.3 導(dǎo)納與導(dǎo)納圖
4.4 斜入射光學(xué)導(dǎo)納4.5 光學(xué)薄膜設(shè)計(jì)的進(jìn)展
4.6 Macleod軟件的設(shè)計(jì)與優(yōu)化功能4.6.1 優(yōu)化目標(biāo)設(shè)置
4.6.2 優(yōu)化方法（單一優(yōu)化，合成優(yōu)化，模擬退火法，共軛梯度法，準(zhǔn)牛頓法，針形優(yōu)化，差分演化法）4.6.3 膜層鎖定和鏈接
5. 光學(xué)薄膜系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析案例與應(yīng)用5.1 減反射薄膜
5.2 分光膜5.3 高反射膜
5.4 干涉截止濾光片5.5 窄帶濾光片
5.6 負(fù)濾光片5.7 非均勻膜與Rugate濾光片
5.8 仿生蛾眼/復(fù)眼結(jié)構(gòu)5.9 顏色膜
5.10 Vstack薄膜設(shè)計(jì)示例5.11 Stack應(yīng)用范例說明
6. 薄膜性能分析6.1 電場分布
6.2 公差與靈敏度分析6.3 反演工程
6.4 均勻性，摻雜/孔隙材料仿真7. 真空技術(shù)
7.1 常用真空泵介紹7.2 真空密封和檢漏
8. 薄膜制備技術(shù)8.1 常見薄膜制備技術(shù)
9. 薄膜制備工藝9.1 薄膜制備工藝因素
9.2 薄膜均勻性修正技術(shù)9.3 光學(xué)薄膜監(jiān)控技術(shù)
10. 激光薄膜10.1 薄膜的損傷問題
10.2 激光薄膜的制備流程10.3 激光薄膜的制備技術(shù)
11. 光學(xué)薄膜特性測量11.1 薄膜光譜測量
11.2 薄膜光學(xué)常數(shù)測量11.3 薄膜應(yīng)力測量
11.4 薄膜損傷測量11.5 薄膜形貌、結(jié)構(gòu)與組分分析
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]]> <![CDATA[無線光通信系統(tǒng)及其仿真-線上課程]]> 時(shí)間地點(diǎn)
主辦單位：訊技光電科技（上海）有限公司
蘇州黌論教育咨詢有限公司
課程時(shí)間：2024年12月18(三）-20（五）日 共 18學(xué)時(shí) AM 09:00-PM 16:00
上課地點(diǎn)：黌論教育網(wǎng)絡(luò)課堂
費(fèi)    用：4800元(課程包含課程材料費(fèi)、開票稅金)
課程講師：西安理工大學(xué)柯熙政院士&訊技光電工程師

無線通信具有頻帶寬、保密性好、抗干擾、靈活性高等優(yōu)點(diǎn)，是當(dāng)前整個(gè)通信產(chǎn)業(yè)中發(fā)展最為迅速的分支。當(dāng)前無線通信已經(jīng)廣泛滲透到生產(chǎn)和生活的各個(gè)方面。
整個(gè)無線光通信系統(tǒng)是由許多不同的部分組成，在本次課程上，我們將利用光通信系統(tǒng)仿真軟件OptiSystem，對無線光通信系統(tǒng)進(jìn)行模擬和仿真，以及多元化光學(xué)仿真平臺(tái)VirtualLab Fusion，對空間光的傳輸進(jìn)行研究。
此外，我們非常榮幸邀請到無線光通信領(lǐng)域?qū)＜，西安理工大學(xué)的柯熙政院士，給大家詳細(xì)地介紹無線光通信的基本組成部分、相干光通信原理、調(diào)制解調(diào)和編碼技術(shù)以及大氣信道模型等內(nèi)容。

院士簡介：

柯熙政院士是無線光通信領(lǐng)域著名專家，陜西省教學(xué)名師，中國電子學(xué)會(huì)會(huì)士，陜西省智能協(xié)同網(wǎng)絡(luò)軍民融合共建重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任,國家科技獎(jiǎng)勵(lì)評審專家，陜西省第三屆學(xué)位委員會(huì)學(xué)科評議組成員。20多年來積極探索、不畏前行；在教書育人的道路上默默耕耘、不忘使命。2001年以來獲得省部級科技獎(jiǎng)勵(lì)20項(xiàng)，獲得國家授權(quán)發(fā)明專利30多項(xiàng)，在科學(xué)出版社出版和施普林格出版社出版專著30余部，發(fā)表學(xué)術(shù)論文500多篇，是《電子學(xué)報(bào)》等10余個(gè)期刊編委，在中國電子學(xué)會(huì)等10余個(gè)學(xué)術(shù)團(tuán)體兼職，在電子信息學(xué)界享有盛譽(yù)。




課程大綱
1. 無線光通信系統(tǒng)概述
介紹無線光通信系統(tǒng)的簡單介紹。無線光通信裝置一般由發(fā)射機(jī)、接收機(jī)以及信道組成。
1.1 光到底是什么呢?
1.2 無線光通信模型
1.3 激光光源
1.4 信號檢測
1.5 光放大器
1.6 探測器
1.7 激光器與光纖耦合之耦合方法
1.8 空間光-光纖耦合技術(shù)
1.9 光學(xué)天線與望遠(yuǎn)鏡  
2. 光通信系統(tǒng)仿真
2.1 光通信系統(tǒng)完整鏈路搭建（OptiSystem）
2.2 光放大器的優(yōu)化與分析（OptiSystem）
2.3 光纖耦合的優(yōu)化與公差分析（VirtualLab Fusion）
2.4 光學(xué)系統(tǒng)中的像差與天線望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的仿真（VirtualLab Fusion）

3. 相干光通信
介紹相干光通信基本原理，相干檢測的基本原理以及調(diào)制的基本方式，抑制湍流的方法等
3.1 相干光通信的基本原理
3.2 相干調(diào)制與解調(diào)
3.3 影響檢測靈敏度的因素
3.4 光外差探測的空間相位條件
3.5 光模塊中的時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)
3.6 相干光通信系統(tǒng)波前畸變的校正實(shí)驗(yàn)
3.7 自適應(yīng)光學(xué)波前校正
3.8 平衡探測器

4. 相干光通信的調(diào)制與解調(diào)仿真
4.1 QPSK系統(tǒng)的相干探測（OptiSystem）
4.2 光學(xué)中的相干性分析（VirtualLab Fusion）
4.3 波前響應(yīng)與哈特曼傳感器（VirtualLab Fusion）

5. 調(diào)制、解調(diào)與編碼
介紹不同的調(diào)制方式以及可以抑制大氣湍流等信道特性的編碼技術(shù)
5.1 調(diào)制技術(shù)分類
5.2 外調(diào)制技術(shù)
5.3 逆向調(diào)制
5.4 類脈沖位置調(diào)制
5.5 光源直接調(diào)制
5.6 副載波強(qiáng)度調(diào)制
5.7 正交頻分復(fù)用（OFDM）
5.8 空時(shí)編碼
5.9 信道編碼
6. 不同的調(diào)制解調(diào)方式仿真
6.1 光電調(diào)制器仿真（OptiBPM）
6.2 “貓眼”逆向調(diào)制器仿真（VirtualLab Fusion）
6.3 內(nèi)調(diào)制與外調(diào)制仿真（OptiSystem）
6.4 OFDM系統(tǒng)仿真（OptiSystem）
  

7. 大氣信道、信道估計(jì)與 信道均衡
介紹不同的大氣信道模型，以及大氣信道估計(jì)的概念/方法，并講解如編碼、信道均衡等關(guān)鍵技術(shù)。
7.1 大氣衰減效應(yīng)
7.2 大氣湍流模型
7.3 信道估計(jì)
7.4 信道均衡
8. 大氣傳輸信道仿真
8.1 Gamma-Gamma與Log-Normal大氣湍流仿真模型（OptiSystem）
8.2 不同天氣/模型條件下對無線光通信誤碼率的影響（OptiSystem）
8.3 大氣散射/湍流對激光的影響（VirtualLab Fusion）
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]]> <![CDATA[雜散光分析與控制技術(shù)-線下課程]]> 時(shí)間地點(diǎn)
主辦單位：訊技光電科技（上海）有限公司（微信公眾號：infotek）
蘇州黌論教育咨詢有限公司（微信公眾號：honglun-seminary）
授課時(shí)間：2024年11月27（三）-29日（五） 共3天 AM 9:00-PM 16:00
授課地點(diǎn)：上海市嘉定區(qū)南翔銀翔路819號中暨大廈18樓1805室
課程講師：訊技光電高級工程師
課程費(fèi)用：4800RMB(課程包含課程材料費(fèi)、開票稅金、午餐費(fèi)用)

課程簡介
雜光理論和雜光問題研究要從以下幾個(gè)方面探索：雜散光輻射理論，雜散光合格判定標(biāo)準(zhǔn)、系統(tǒng)雜光測試方法，雜光分析與軟件，BSDF與測量數(shù)據(jù)，雜光抑制設(shè)計(jì)等。本課程介紹空間光學(xué)系統(tǒng)的雜散光來源，以及對紅外光學(xué)系統(tǒng)成像質(zhì)量的影響，在簡化分析上，討論了雜散光分析的物理模型，利用已有的光學(xué)系統(tǒng)模型討論了雜散光計(jì)算和分析方法。用具體的模型說明雜散光分析和計(jì)算假設(shè)條件，為以后利用軟件進(jìn)行雜散光分析打下基礎(chǔ)。RC望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)，具體突出紅外熱輻射和冷反射計(jì)算，在以往的方法中我們通過計(jì)算點(diǎn)列圖來實(shí)現(xiàn)，但存在諸多的缺陷，如環(huán)境與鏡筒溫度變化、計(jì)算量大等缺點(diǎn)，我們將從實(shí)際的積分公式出發(fā)進(jìn)行該望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)仿真。

課程大綱
1. 雜散光介紹與術(shù)語
1.1 雜散光路徑
1.2 關(guān)鍵面和照明面
1.3雜光內(nèi)部和外部雜散光
2. 基本輻射度量學(xué)-輻射
2.1 BSDF及其散射模型
2.2 TIS總散射概念
2.3 PST(點(diǎn)源透射比)
3. 雜散光分析中的光線追跡
3.1 FRED軟件光線追跡介紹
3.2構(gòu)建雜散光模型
• 定義光學(xué)和機(jī)械幾何
• 定義光學(xué)屬性
3.3 光線追跡
• 使用光線追跡來量化收斂速度
• 重點(diǎn)采樣
• 反向光線追跡
• 控制光線Ancestry以增加收斂速度
• 使用蒙特卡洛光線劈裂增加收斂速度
• 使用GPU來進(jìn)行追跡
• RAM內(nèi)存使用設(shè)置
4.散射模型
4.1來自表面粗糙的散射
• 低頻、中頻、高頻
• RMS粗糙度與BSDF的關(guān)系
• 由PSD推導(dǎo)BSDF
• 擬合BSDF測量數(shù)據(jù)
4.2 來自劃痕(光學(xué)損傷坑)的散射
4.3 來自顆粒污染的散射
• 來自球形顆粒中的散射（米氏散射理論）
• 顆粒密度函數(shù)模型
• 案例：計(jì)算激光通過金屬粉塵的吸收
4.4 來自黑處理表面的散射

4.5 孔徑衍射
• 雜散光程序中的孔徑衍射
• 衍射元件的衍射特性
• 案例：衍射雜散光分析
5. 大氣湍流散射
6 熱輻射
• 紅外熱輻射的雜散光分析
• 冷反射仿真
7. 鬼像反射
• 鬼像反射
• 表面鍍膜
• 表面鍍AR增透膜的仿真
8. 光學(xué)設(shè)計(jì)中的雜散光控制
8.1使用視場光闌
8.2減小孔徑光闌和焦平面間的幾何元件數(shù)量
8.3使用眩光光闌（Lyot stop）
8.4使用光瞳掩膜來阻止衍射及來自支柱的散射
8.5 使用濾光
9. 擋板和冷窗的設(shè)計(jì)
9.1主擋板和冷屏的設(shè)計(jì)
9.2 擋光環(huán)的設(shè)計(jì)
• 槽型擋光環(huán)
• 擋板擋光環(huán)最佳孔徑、深度、間隔
• 案例：望眼鏡系統(tǒng)的擋板的優(yōu)化
10. BSDF散射測量
鬼像路徑在3D視圖中的渲染和照度分
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]]> <![CDATA[大型綜合巡天望遠(yuǎn)鏡LSST光學(xué)系統(tǒng)的性能分析]]>

文章來源：Performance and Analysis of the LSST Optical System

LSST使用了一個(gè)改良的Paul-Baker三反射鏡光學(xué)設(shè)計(jì)，包含8.4m的主鏡、3.4m的次鏡和5m的第二次鏡。系統(tǒng)開始向更深、更寬范圍以及更快的任務(wù)演變。主和第二次級表面的曲率半徑很接近保障可以從單個(gè)基底制造兩個(gè)反射鏡。這種獨(dú)特的設(shè)計(jì)，稱為M1M3整料，在操作對準(zhǔn)和改進(jìn)的結(jié)構(gòu)剛度期間，就減少自由度方面為其他環(huán)形主面提供了顯著的優(yōu)勢。為三反射鏡望遠(yuǎn)鏡提供了一個(gè)三元屈光校正器，在64cm平坦焦面上、在具有出色成像質(zhì)量的6個(gè)光譜帶上產(chǎn)生3.5度全視場。最近的設(shè)計(jì)優(yōu)化包括了三個(gè)相機(jī)鏡頭的零位補(bǔ)償檢驗(yàn)，產(chǎn)生了更加簡單的參數(shù)配置，減少了次鏡的非球面性。并進(jìn)行了透鏡位移、重力畸變、玻璃質(zhì)量和制造誤差的光學(xué)效應(yīng)的詳細(xì)分析，表明該系統(tǒng)在工業(yè)制造能力以內(nèi)是很好的。雜散射光分析表明LSST能夠?qū)崿F(xiàn)它的信噪比要求。在反射鏡、抗反射和濾波涂層的發(fā)展上已經(jīng)取得進(jìn)一步的成果，表明系統(tǒng)的吞吐量已經(jīng)滿足了測量的深度要求并超過了濾波抑制要求。

反射鏡測試

第一和第三反射表面將制造成單個(gè)鏡坯，每個(gè)表面適用于光學(xué)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)。M1和M3之間關(guān)系實(shí)現(xiàn)是通過同步光學(xué)測試、激光跟蹤定位和機(jī)械偏心測量的組合實(shí)現(xiàn)的。

  

凸?fàn)畹亩夌R面限制為遠(yuǎn)離一個(gè)球面19微米的非球面。在12個(gè)子孔徑內(nèi)使用矩陣光學(xué)試驗(yàn)可以測量該表面。在試驗(yàn)中具有受限靈敏度的低階表面誤差可以很容易改正。

光學(xué)設(shè)計(jì)

在LSST光學(xué)設(shè)計(jì)的中心是一個(gè)三反射鏡系統(tǒng)，起源于Mersenne-Schmidt族的光學(xué)系統(tǒng)，可以在非常寬的視場產(chǎn)生非常好的成像質(zhì)量。LSST系統(tǒng)添加了一個(gè)三元屈光相機(jī)來進(jìn)一步提高成像質(zhì)量，補(bǔ)償來自于濾光片和dewer窗口的色差，并且使焦平面平坦。半月形濾光片基板保持光束的遠(yuǎn)心充滿全視場，從而消除在濾光片響應(yīng)時(shí)的任何波長偏移。L3的厚度由需求的應(yīng)力安全余量決定，可以用作dewar窗口和真空擋板。生成的圖像質(zhì)量在50%處（下曲線）<0.2"，在80%能量環(huán)繞處（上曲線）<0.3"橫跨整個(gè)可視光譜（330-1080Å）。

透鏡零位校驗(yàn)

三個(gè)屈光元件的每個(gè)零位校驗(yàn)作為最終設(shè)計(jì)優(yōu)化的一部分？梢酝ㄟ^整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)非球面項(xiàng)的平衡來簡化可制造性。最后，L1保持了完全球面光學(xué)，L2上非常小的非球面量引起了一個(gè)簡單的零位校驗(yàn)及M2上非球面性的降低，同樣的在L3上添加的非球面性極大的簡化了它的零點(diǎn)校驗(yàn)。每個(gè)零點(diǎn)校驗(yàn)均是沿著重力的取向?qū)嵤。通過在它們首選操作取向上校驗(yàn)透鏡，可以補(bǔ)償由重力扭曲導(dǎo)致的1階光學(xué)誤差。

雜散&散射光分析

在FRED軟件包（Photon Engineering，LLC）中使用非序列光線追跡模型可以完成LSST散射光分析。LSST散射光模型包含了所有光學(xué)元件以及結(jié)構(gòu)元件，表現(xiàn)為圓頂（1），望遠(yuǎn)鏡裝置（2），和相機(jī)組件（3）。每個(gè)光學(xué)表面賦予微表面粗糙規(guī)格及顆粒清潔度，非光學(xué)表面賦予Z306 Aeroglaze（涂黑處理）。

關(guān)鍵面的分析是從2個(gè)視角分析照明模型元件：1）從探測器，2）從圓頂外部。在前一種情況下，從探測器的角度來看，關(guān)鍵面可以由這些可見元件的主鏡 (藍(lán)色)，次鏡(綠色)和第二次鏡(紫色)來確定。在后一種情況中，通過圓頂開口（紅色）照明的任何表面可以標(biāo)記為關(guān)鍵表面。由兩個(gè)光線追跡共用的模型元件歸類為一階散射表面。根據(jù)目前的設(shè)計(jì)，在LSST中超過300個(gè)這樣的表面存在。在全視場上的綜合影響是點(diǎn)源透射比的函數(shù)，其中最重要的面可以識(shí)別出來。減輕這些表面的影響是目前設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。

紅色是直射光 藍(lán)色是（主鏡）的反射光 綠色是次鏡的反射光 紫色是三級鏡的反射光

直射：相機(jī)，相機(jī)內(nèi)部，圓頂?shù)酌，圓頂壁，方位組件，PM-TM交界面

從第二次鏡：相機(jī)外殼，次鏡擋板葉片，次鏡三腳架

從次鏡：PM單元，方位組件，PM-TM交界面

從主鏡：PM單元，主擋板，擋風(fēng)玻璃板，圓頂內(nèi)部

為了清楚，圓頂壁和望遠(yuǎn)鏡結(jié)構(gòu)已經(jīng)隱藏

鬼像分析

屈光元件的二次反射會(huì)產(chǎn)生不想要的鬼像。我們已經(jīng)分析了在LSST光學(xué)系統(tǒng)中兩表面鬼像的所有組合。在每個(gè)透鏡表面鍍上抗反射涂層，快速f/1.23 LSST光束在鬼像中產(chǎn)生非常低的表面亮度。由濾光片基板（插圖，最內(nèi)層圓）產(chǎn)生的最壞情況鬼像比它的光源弱108倍（22.5倍放大）。遠(yuǎn)離傳感器和L2表面2反射產(chǎn)生的鬼像隨著視場角幾乎是不變的。這個(gè)“瞳孔”的去除將是常規(guī)儀器校正圖像處理的一部分。

系統(tǒng)吞吐量

LSST的六波段系統(tǒng)吞吐量由5個(gè)系統(tǒng)元件響應(yīng)函數(shù)的乘積決定。整個(gè)系統(tǒng)響應(yīng)（黑色）組合了大氣、光學(xué)和傳感器QE的函數(shù)。在海拔2700m的位置，在平均溫度、濕度和壓力的條件下使用MODTRAN計(jì)算出在智利帕切翁山的大氣透射率（藍(lán)色）。透鏡-反射鏡響應(yīng)函數(shù)（紫色）結(jié)合了三個(gè)反射鏡表面和具有抗反射涂層的六個(gè)透鏡表面。鏡面反射基于混合AL-AG涂層，與雙子天文臺(tái)合作下開發(fā)。理想的濾光片響應(yīng)函數(shù)（下）是使用模系設(shè)計(jì)軟件計(jì)算的（多層膜）。最終的六波段系統(tǒng)響應(yīng)是單個(gè)響應(yīng)函數(shù)的乘積總和。

參考：

paul-bake結(jié)構(gòu)可以參考：http://www.telescope-optics.net/paul-baker_telescope.htm

]]> <![CDATA[通過使用錐透鏡對生成貝塞爾光束以優(yōu)化焦斑大小和焦深]]> 光束傳輸系統(tǒng)（BDS.0004 v1.0）

簡述案例

光源

- 像散光紅外激光二極管
元件
- 用于準(zhǔn)直光束的折射透鏡系統(tǒng)
- 生成貝塞爾光束的錐透鏡
- 聚焦非球面透鏡
探測器
- 點(diǎn)列圖
- 聚焦區(qū)域的1D和2D研究
- 焦深（DOF）
- 光束參數(shù)
模擬/設(shè)計(jì)
- 光線追跡：初始焦點(diǎn)位置探測
- 場追跡：計(jì)算貝塞爾光束實(shí)際的形狀和焦深

系統(tǒng)描述


模擬&設(shè)計(jì)結(jié)果


其他VirtualLab Fusion特征

在此案例中，你將受益于以下所選的特性：
焦區(qū)域分析：
- 剖面線分析器
- 參數(shù)運(yùn)行文件
- HWxM探測器
得到不同有益的信息/說明性的結(jié)果等
- 光束質(zhì)量：光束尺寸和形狀
- 焦深
- 不同2D和3D圖樣，顯示了光束沿著光軸在焦區(qū)域傳播

總結(jié)


 在這個(gè)例子中，它表明了如何通過一對錐透鏡來減小焦斑尺寸以及增加焦深，。
 分析貝塞爾光束在焦區(qū)域的傳播。
 VirtualLab 能夠進(jìn)行對特殊的元件，如錐透鏡生成的光束，能夠進(jìn)行物理光學(xué)，如光束的輪廓和聚焦分析。
                                                                                                              



詳述案例

系統(tǒng)參數(shù)

案例內(nèi)容

這個(gè)應(yīng)用案例演示了通過錐透鏡對生成“非衍射”（“non-diffractive”）貝塞爾光束以減小焦斑尺寸并增加焦深。

模擬任務(wù)




規(guī)格：非準(zhǔn)直輸入激光光束


與BDS.0001類似

單模紅外二極管激光器光源


規(guī)格：準(zhǔn)直透鏡和之后的光

BDS.0001中的透鏡

其后的光束參數(shù)

規(guī)格：錐透鏡對

錐透鏡對由兩個(gè)相同的錐透鏡組成。
張角通常是定義為逆時(shí)針。


第二個(gè)錐透鏡沿光軸放置，并平行于第一個(gè)錐透鏡，兩者的相對距離為20.3672mm。張角為+20°。因此錐透鏡對起到類似一個(gè)1.0擴(kuò)束起的作用。



規(guī)格：非球面聚焦透鏡
從目錄的非球面標(biāo)簽下選擇一個(gè)平凸非球面透鏡。
模型：ALL12-25-S-U(A12-25LPX)


在BDS.0002中，當(dāng)波長為1064nm的時(shí)候，其后焦距為22.576mm



詳述案例

模擬&結(jié)果

光線追跡：分析光束焦點(diǎn)

file used: BDS.0004_OptimizeFocalBeamSize_01_RayTracing.lpd

場追跡：計(jì)算衍射區(qū)中的場


幾何場追跡+（GFT+）引擎在焦區(qū)域以為計(jì)算光的傳輸是準(zhǔn)確的。
實(shí)際上，由于幾何方法在衍射區(qū)域是無效的，則當(dāng)光束傳輸受衍射效應(yīng)影響的時(shí)候，必須停止使用GEF+。而在受衍射影響的位置（場重構(gòu)處）需要使用一種更合適的傳輸技術(shù)。
使用經(jīng)典場追跡技術(shù)可以將此處的重建光場傳播到焦區(qū)域（=衍射區(qū)）。
file used: BDS.0004_OptimizeFocalBeamSize_02_GFT+.lpd

場追跡：計(jì)算重建平面上的場


為了計(jì)算衍射區(qū)內(nèi)的場，在離非球面18.5mm處，即幾何區(qū)域的終結(jié)處，使用了幾何場追跡虛擬屏探測器。
光作用于錐透鏡的非連續(xù)性頂點(diǎn)會(huì)干擾了場數(shù)值的重構(gòu)，因此必須使用一個(gè)光闌阻止此效應(yīng)。
file: BDS.0004_OptimizeFocalBeamSize_02_GFT+.lpd

使用場追跡計(jì)算衍射區(qū)域的光傳輸


 通過經(jīng)典場追跡，運(yùn)用獲得的重構(gòu)場以計(jì)算衍射區(qū)域的光場分布。
 為了實(shí)現(xiàn)此目的，生成一個(gè)新的LPD，以將重構(gòu)場放置在存儲(chǔ)場元件（Stored Field Component）中。
 然后可以添加各種元件，如光學(xué)組件或探測器，經(jīng)典場追跡為場提供了更準(zhǔn)確的評價(jià)。
 此LPD可以用于優(yōu)化和使用自動(dòng)化工具，例如參數(shù)運(yùn)行（Parameter Run），通過改變到探測器距離來研究光束焦區(qū)域。

file: BDS.0004_OptimizeFocalBeamSize_03_FieldInFocalRegionCFT.lpd

在XZ-平面上研究焦區(qū)域

先前的LPD是用來執(zhí)行一個(gè)參數(shù)運(yùn)行，為了改變焦點(diǎn)和重建平面之間的距離——從3.8mm到4.3mm（對應(yīng)于從22.3mm和22.8mm之間的一個(gè)非球面距離）以來研究焦區(qū)域。
兩圖都顯示了焦區(qū)域內(nèi)沿x-軸的光強(qiáng)分布（上圖為BDS.004，下圖為BDS.002）。
相比之下，錐透鏡對在XZ-平面提供了一個(gè)光束更小的焦點(diǎn)。
file used: BDS.0004_OptimizeFocalBeamSize_04_InvestiateFocalRegion.run

在YZ-平面上研究焦區(qū)域

兩圖都顯示了焦區(qū)域內(nèi)沿y-軸的光強(qiáng)分布（上圖為BDS.004，下圖為BDS.002）。
相比之下，錐透鏡對在YZ-平面提供了一個(gè)光束更小的焦點(diǎn)。
file used: BDS.0004_OptimizeFocalBeamSize_04_InvestiateFocalRegion.run

焦區(qū)域內(nèi)的光束寬度

為了對焦區(qū)域的光束進(jìn)行一個(gè)更詳細(xì)的評估，分別計(jì)算了包含（BDS.0004）和不包含（BDS.0002）錐透鏡對光學(xué)系統(tǒng)焦區(qū)域光束的半高寬（HWHM），并使用了高斯TEM00模式進(jìn)行對比，如下圖所示。
通過使用錐透鏡對，可以很明顯的看出聚焦光斑尺寸和聚焦深度得到了明顯的提高。

file: BDS.0004_OptimizeFocalBeamSize_05_HWHMxyAppEx0002&0004.da

理論上，錐透鏡產(chǎn)生理想的貝塞爾光束。這些光束有在焦區(qū)域內(nèi)沿著一定的具有距離“非衍射”的特性。
因此，與相似光束尺寸高斯光束相比，貝塞爾光束在焦區(qū)域內(nèi)有更高的焦深和較小的發(fā)散角。
為了對比焦深，將其定義為距離，即束腰（定義為HWHM）與因子√2的乘積。

為了比較焦深，計(jì)算了高斯TEM00模以作為參考，所有光束的焦面上，其光束束腰與貝塞爾光束束腰類似。
作為對比，計(jì)算處的兩者的束腰和焦深在下表中列出。
請注意，由于進(jìn)入錐透鏡的光束是一種像差和像散高斯光束，則最終生成的光束不可能是理想貝塞爾光束，。
有趣的是，通過使用錐透鏡對，光束的像散特性在焦區(qū)域得到了明顯的提升。這可以在光束y剖面的參數(shù)上看出來。
此外，相比于有相似束腰的高斯光束，生成的貝塞爾光束的焦深增加了4倍。


透鏡后22.576mm處焦斑的強(qiáng)度

file used: BDS.0004_OptimizeFocalBeamSize_03_FieldInFocalRegionCFT.lpd
其他VirtualLab Fusion特征

在此案例中，你將從以下選擇的特征中獲益
焦區(qū)域分析：
- 剖面線探測器
- 參數(shù)運(yùn)行文件
- HWxM探測器
得到不同的信息/說明性結(jié)果等
- 光束質(zhì)量：光束尺寸和形狀
- 焦深
- 不同2D和3D圖樣，顯示了光束沿著光軸在焦區(qū)域傳播

總結(jié)


 此案例顯示了通過如何使用錐透鏡對來減小聚焦光斑尺寸并增加焦深。
 分析了貝塞耳光束在焦區(qū)域的傳播。
 VirtualLab 能夠進(jìn)行對特殊的元件，如錐透鏡生成的光束，能夠進(jìn)行物理光學(xué)，如光束的輪廓和聚焦分析。
                                                                                                                                                                                                                        

進(jìn)一步閱讀

參考文獻(xiàn)
[1] D. McGloin, K. Dholakia, “Bessel Beams: diffraction in a new light”, Contemporary Physics, Vol. 4615 – 28, 2005.
[2] Frank Wyrowski, Huiying Zhong, Site Zhang, Christian Hellmann, „Approximate solution of Maxwell’s equations by geometrical optics“, Proc. SPIE 9630, Optical Systems Design 2015: Computational Optics, 963009, 2015.
]]> <![CDATA[光學(xué)相干斷層掃描的上皮散射自發(fā)熒光強(qiáng)度校正——一個(gè)模型的研究]]> 本文以實(shí)驗(yàn)結(jié)合光學(xué)軟件FRED來驗(yàn)證熒光介質(zhì)上覆蓋散射層的影響，結(jié)合AF-OCT系統(tǒng)能夠減少由于上皮組織增厚引起的假陽性，增強(qiáng)AF疾病檢測的功效。

摘要：

在本文中，我們通過模擬組織的自發(fā)熒光（AF）特性進(jìn)行了模型的研究。我們組合了光學(xué)相干斷層掃描（OCT）和AF成像系統(tǒng)，依據(jù)散射層的厚度和濃度來測量AF信號的強(qiáng)度。使用由生成的OCT圖像計(jì)算得到的厚度和散射濃度，結(jié)合AF-OCT系統(tǒng)能夠估計(jì)由上皮組織散射引起的AF損耗。我們定義了一個(gè)校正因子來計(jì)算上皮組織中的散射損耗，并且計(jì)算了一個(gè)校正散射AF信號。我們認(rèn)為校正散射AF將會(huì)減少在早期呼吸道病變檢測中的診斷誤檢率，誤檢是由混合因子產(chǎn)生，如增加的皮層厚度和炎癥。

關(guān)鍵詞：光學(xué)相干斷層掃描；自發(fā)熒光；光散射；模型；光線光學(xué)；OCT A-line數(shù)據(jù)

1. 簡介
自發(fā)熒光（AF）成像是一項(xiàng)已實(shí)現(xiàn)的技術(shù)，使用藍(lán)光來激發(fā)自然組織熒光。通過收集高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行活檢識(shí)別，已經(jīng)證明這項(xiàng)技術(shù)對于癌癥的早期檢測和癌的分期是及其有效的。雖然通過白光成像可以容易的檢測浸潤癌，原位癌和高度的癌前病變的檢測卻十分棘手。白光成像中的變化十分微小，然而，AF成像可以清楚地對比這種病變。當(dāng)受到藍(lán)光照射時(shí)，正常的組織會(huì)發(fā)出強(qiáng)烈的綠色AF，而異常組織則缺少這種AF輻射。
盡管AF成像可以方便的檢測原位癌，對于良性組織的異常現(xiàn)象也是十分敏感的。例如，上皮組織的厚度未必就與癌癥相關(guān)，但是它確實(shí)減少了由散射產(chǎn)生的AF信號，導(dǎo)致了假陽性。因此，將癌癥與其他非危險(xiǎn)異，F(xiàn)象區(qū)別開來可以極大地增加治療的療效。
光學(xué)相干斷層掃描（OCT）是可以獲得生物組織皮下圖像的一項(xiàng)相干技術(shù)，它可以提供小于10μm軸向分辨率和大約3mm穿透深度的圖像。OCT采用了非電離，通常是近紅外的輻射來捕獲組織形態(tài)的實(shí)時(shí)圖像。OCT可以用于研究高風(fēng)險(xiǎn)的組織位置。因此，當(dāng)用于組合時(shí)，以一種同時(shí)和協(xié)作的形式，AF-OCT成像可以提供豐富的生化信息，并定位組織形態(tài)，這些不能通過單獨(dú)的成像模式獲得。比如，在上皮組織增厚的情況下，OCT可以直接測量上皮組織厚度，并且將AF信號衰減歸因于上皮增厚，而不是癌癥前期引起的膠原重建。因此，由OCT給定結(jié)構(gòu)信息，并結(jié)合AF-OCT可以減少AF假陽性。
AF信號強(qiáng)度不僅取決于原位的熒光，也取決于不同組織層的光吸收和散射。組織的光散射已經(jīng)經(jīng)過了深入的研究1-6。模擬組織散射可以提供與AF信號強(qiáng)度有價(jià)值的信息。由于價(jià)格低廉、方便校準(zhǔn)且易于獲得，英脫利匹特（Intralipid）是用于組織模型最常見的散射媒介。這項(xiàng)工作的目的是根據(jù)散射層的厚度模擬組織自發(fā)熒光的性質(zhì)。我們定義了一個(gè)AF信號校正因子，用來說明散射層引起的損耗。OCT圖像給出了散射層厚度和散射顆粒的濃度，這是校正因子計(jì)算所需的兩個(gè)因素。因此，我們提出了AF-OCT系統(tǒng)，作為癌癥檢測的一個(gè)更靈敏和精確的成像工具。
首先，我們解釋了Intralipid模型研究，旨在模擬不同上皮厚度的組織散射特性。然后，使用光線光學(xué)仿真來驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果。使用AF和OCT數(shù)據(jù)計(jì)算AF校正因子將在最后一章解釋。

2. 實(shí)驗(yàn)步驟
我們建立了一個(gè)能夠結(jié)合OCT和AF成像的雙態(tài)成像系統(tǒng)，OCT圖像測量Intralipid膜的厚度和濃度，AF圖像給出相應(yīng)的AF信號強(qiáng)度。因此，AF-OCT成像可以映射不同濃度下AF強(qiáng)度和Intralipid厚度的關(guān)系。
OCT光激發(fā)使用一個(gè)30mW基于多邊形掃描儀的掃描波長的激光光源，具有106.8nm的帶寬，中心波長為1321.4nm。 激光光源為一個(gè)基于光纖的具有參考臂和樣品臂的馬赫澤德干涉儀（MZI），如圖1所示（OCT部分）。平衡的光電探測器（ThorLabs）檢測干涉。另一個(gè)MZI單元在光源處使用，來產(chǎn)生樣品的參考時(shí)鐘。探測器輸出和MZI時(shí)鐘注入到數(shù)字轉(zhuǎn)換器卡（AlazarTech）中，實(shí)現(xiàn)信號處理和創(chuàng)建OCT圖像。
AF成像系統(tǒng)使用一個(gè)40mW的半導(dǎo)體激光器（相干），在446nm處激發(fā)熒光。使用兩個(gè)1英寸直徑的透鏡和一個(gè)基于APD的探測器（Hamamatsu）來收集再發(fā)射的AF光子。二向色性的濾波片從AF光子中分離出后向散射的藍(lán)光，如圖1所示（AF部分）。通過在自由空間的背面拋光寬板電介質(zhì)反射鏡（ThorLabs），OCT和AF光信號可以實(shí)現(xiàn)結(jié)合和分離。電流掃描鏡提供了樣品AF和OCT光束共同的2維掃描。

圖1.AF-OCT成像系統(tǒng)
我們的模型，如圖2（b）所示，包括一個(gè)直徑為1英寸的薄（1mm高）圓柱壁，它安裝在一個(gè)熒光載玻片上，以及圓柱壁中包圍著的Intralipid液體。改變?nèi)萜髦蠭ntralipid的量會(huì)產(chǎn)生不同的Intralipid膜厚度，由OCT圖像測得。選擇封閉的圓柱壁時(shí)，高度要低，直徑要大，這樣就可以得到小的Intralipid膜厚度（μm范圍），同時(shí)在容器的中心區(qū)域可以接近扁平的表面以避免半月板和透鏡效應(yīng)。圖2（a）顯示了在熒光載玻片上Intralipid膜的AF信號和OCT圖像。Intralipid膜的厚度和相對應(yīng)的AF信號可以從圖中容易地獲得。

圖2.（a）在熒光載玻片上Intralipid膜的AF信號和OCT圖像，（b）Intralipid模型由在熒光載玻片上的圓柱壁及其中包含的Intralipid組成。

3. 光線光學(xué)仿真
使用來自Photon Engineering公司的商業(yè)軟件包FRED，我們將實(shí)驗(yàn)的結(jié)果與光線光學(xué)仿真的結(jié)果進(jìn)行比較。圖3顯示了仿真的配置和組件，包含一個(gè)藍(lán)色的激光光源（446nm）、一個(gè)熒光載玻片、一個(gè)Intralipid膜、用于聚焦藍(lán)光到樣品上和收集重新發(fā)射的AF光子的1英寸透鏡（焦距40mm）、一個(gè)遠(yuǎn)離透鏡50cm的探測器，模仿實(shí)驗(yàn)的裝置。探測器只對大于500nm的波長敏感，以此分離AF光子和后向散射的藍(lán)光。
熒光載玻片由一個(gè)散射介質(zhì)模擬，對于每個(gè)具有425nm–490nm波長范圍的入射光子，通過散射介質(zhì)的“平均自由程”后，散射介質(zhì)會(huì)在隨機(jī)方向重新發(fā)射一個(gè)550nm的光線。使用數(shù)量巨大的光線，重新發(fā)射光子的隨機(jī)方向模仿由點(diǎn)光源產(chǎn)生的球面波，等價(jià)于熒光輻射。平均自由程決定了入射光滲透到載玻片內(nèi)部的深度。Intralipid膜由具有各向異性（g）和散射系數(shù)（(μs）的Henyey-Greenstein體散射模型來模擬。

圖3.包含一個(gè)熒光載玻片、一個(gè)Intralipid膜、一個(gè)1英寸透鏡、一個(gè)激光光源和一個(gè)探測器的光線光學(xué)仿真裝置。

4. 結(jié)果和討論
圖4（a）比較了10% Intralipid實(shí)驗(yàn)結(jié)果和光線光學(xué)的仿真結(jié)果。Intralipid模型仿真需要散射參數(shù)（g, μs）。散射系數(shù)7-19的理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)測量在許多論文中已經(jīng)提出。然而，文獻(xiàn)中報(bào)道的g和μs的值是變化的。我們使用在引用最多的文章中提出的數(shù)值來運(yùn)行仿真，也就是van Staveren, et al8、Michels, et al17和Flock, et al19。在實(shí)驗(yàn)和仿真的情況下，所有的AF信號都?xì)w一化沒有Intralipid膜的AF數(shù)值，來隔離Intralipid膜對AF信號的影響。使用由Flock, et al19給出的Intralipid散射參數(shù)，我們實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示出與仿真結(jié)果幾乎完美的匹配。然而，使用van Staveren, et al8和Michels, et al17提出的散射參數(shù)，比我們實(shí)驗(yàn)測量建議產(chǎn)生了更多的AF損耗。


圖4.（a）AF信號隨Intralipid厚度變化曲線，來自實(shí)驗(yàn)（藍(lán)色圓）和對10%Intralipid使用由Flock（紅色方塊）、van Staveren（綠色三角）和Michels（紫色方塊）提出的散射參數(shù)的光線光學(xué)仿真，（b）對于不同的Intralipid濃度，實(shí)驗(yàn)AF信號隨Intralipid厚度變化曲線。

圖4（b）是對于不同的Intralipid濃度， 實(shí)驗(yàn)AF信號隨Intralipid厚度變化曲線。正如預(yù)期，20%的Intralipid會(huì)引起激發(fā)藍(lán)光的劇烈散射，重新發(fā)射AF會(huì)隨著Intralipid厚度的增加急劇下降，然而，在較低的Intralipid濃度處，AF信號的損耗是比較少的。知道了Intralipid濃度，圖4（b）記錄了Intralipid膜引起的信號衰減，這可以用于AF校正因子。因此給定一個(gè)Intralipid濃度，AF信號的校正因子可以從圖4（b）中估計(jì)得到。
根據(jù)事實(shí)高濃度會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的信號振幅的衰減，OCT A-scan數(shù)據(jù)可以給出Intralipid濃度，然而，對于低濃度這種衰減很低。圖5（上）顯示了不同濃度下的OCT A-scan。A-scan數(shù)據(jù)（藍(lán)色圓）曲線擬合到e-at函數(shù)（綠色實(shí)線），產(chǎn)生衰減系數(shù)（a）隨Intralipid濃度的變化曲線，如圖5（下）所示。OCT數(shù)據(jù)可以測量散射顆粒（圖5b）的濃度，有助于找到圖4中對應(yīng)的曲線。舉個(gè)例子，具有2.6mm-1OCT A-line損耗的樣品對應(yīng)于大約5%的濃度的散射顆粒。因此，AF校正因子可以由圖4（b）的紅色曲線確定。所以對于觀察到的AF信號，AF-OCT系統(tǒng)提供了足夠的信息來計(jì)算校正因子，從而可以用于減少較厚散射層引起的AF假陽性。

圖5.上：OCT A-line數(shù)據(jù)（圓）曲線擬合到e-at（綠色實(shí)線），下：從OCT A-line數(shù)據(jù)得出的損耗系數(shù)a隨Intralipid濃度的變化曲線。

5. 結(jié)論
我們進(jìn)行了一項(xiàng)Intralipid模型研究，使用組合的AF-OCT系統(tǒng)模擬了熒光介質(zhì)上覆蓋散射層的影響。對于不同的散射顆粒的濃度，呈現(xiàn)出隨著散射層厚度變化的AF損耗曲線。OCT成像用于計(jì)算散射層厚度和濃度，以及估計(jì)AF信號損耗所需的參數(shù)。模型用于從散射層引起的損耗計(jì)算AF信號衰減的校正因子。因此，結(jié)合AF-OCT系統(tǒng)能夠減少由于上皮組織增厚引起的假陽性，增強(qiáng)AF疾病檢測的功效。
]]> <![CDATA[F-Theta物鏡激光掃描系統(tǒng)的性能分析]]>

激光掃描系統(tǒng)（LSC.0002 v1.0）

應(yīng)用案例概述

系統(tǒng)細(xì)節(jié)

光源

– 綠光二極管

元件

– 雙軸振鏡掃描儀

– F-Theta物鏡

探測器

– 場曲和畸變探測器

– 光束強(qiáng)度剖面探測器

– 焦點(diǎn)區(qū)域探測器

– 光束參數(shù)探測器

模擬/設(shè)計(jì)

– 光線追跡：分析掃描場尺寸，場曲以及畸變

– 場追跡：考慮衍射效應(yīng)，進(jìn)行更精確的光束尺寸和剖面的研究

系統(tǒng)說明

激光掃描系統(tǒng)的性能評估

 一個(gè)激光掃描系統(tǒng)的掃描光學(xué)部分包含了一個(gè)掃描儀單元和一個(gè)F-Theta物鏡，在一維掃描過程中（沿入射角Theta），通過分析光束的場曲和畸變來評估其性能。

 此外，計(jì)算了不同掃描位置處的光束尺寸和輪廓。

模擬和設(shè)計(jì)結(jié)果

其他的VirtualLab特征

在此案例中，你將從以下選擇的特征中獲益：

 各種探測器

- 測量與反射鏡掃描角度相關(guān)的焦點(diǎn)位置

- 測量探測器平面上的光束位置

- 使用焦點(diǎn)區(qū)域探測器計(jì)算焦點(diǎn)區(qū)域中的場

 參數(shù)耦合

- 針對掃描光學(xué)部分的期望輸入掃描角度Theta來調(diào)整反射鏡方位

 參數(shù)運(yùn)行

- 估計(jì)掃描場尺寸

- 生成場曲和畸變圖

總結(jié)

VirtualLab可以

 模擬一個(gè)由雙軸掃描反射鏡和一個(gè)F-Theta物鏡構(gòu)成的激光掃描系統(tǒng)

 分析目標(biāo)平面上的光束偏轉(zhuǎn)

- 通過光線追跡來計(jì)算掃描場尺寸，場曲和畸變

- 通過幾何場追跡來計(jì)算光束剖面

- 場追跡可以更準(zhǔn)確地分析光束位置和焦點(diǎn)

應(yīng)用案例詳述

系統(tǒng)參數(shù)

應(yīng)用案例內(nèi)容

 LSC.0001和LSC.0002為激光掃描系統(tǒng)。

 在這個(gè)案例中，通過模擬掃描過程來分析F-Theta物鏡的場區(qū)和畸變。

 相對于LSC.0001，顯示了性能提高。

 強(qiáng)烈建議首先閱讀LSC.0001。

file used: LSC.0002_LaserScanning_F-ThetaObjective_01_RayTracing.lpd

模擬任務(wù)

連續(xù)激光模

規(guī)格：輸入激光光束

激光組件中的單模二極管激光器

規(guī)格：電流反射鏡定位系統(tǒng)

典型雙軸振鏡掃描儀

規(guī)格：F-Theta物鏡概述

規(guī)格：F-Theta對象透鏡參數(shù)

來自目錄Schott_2014

詳述應(yīng)用案例

光線追跡模擬和結(jié)果

定位雙軸振鏡掃描儀

 雙軸反射鏡由兩個(gè)分離的鏡子組成。

 第一鏡將目標(biāo)光束偏轉(zhuǎn)到x方向，而光束沿第二個(gè)鏡子的旋轉(zhuǎn)軸偏轉(zhuǎn)。

 第二反射鏡將目標(biāo)光束偏轉(zhuǎn)到y(tǒng)方向。

 在VirtualLab中關(guān)于反射鏡的設(shè)置可以在LSC.0001中找到。

file used: LSC.0002_LaserScanning_F-ThetaObjective_01_RayTracing.lpd

評價(jià)掃描場尺寸

 為了在探測器平面（視野場）評價(jià)掃描場的大小，可以執(zhí)行一個(gè)掃描過程。

 使用參數(shù)運(yùn)行的掃描模式，通過逐步的改變反射鏡X和反射鏡Y傾斜角度直至最大機(jī)械角度±12.5°，以模擬掃描過程。。

掃描過程的結(jié)合點(diǎn)圖

 上圖顯示了偏轉(zhuǎn)光束中主光線的位置，光束由于不同位置的反射鏡而發(fā)生了偏轉(zhuǎn)。由參數(shù)運(yùn)行（Parameter Run）的聯(lián)合輸出特性（Combined Output Feature）生成。

 參數(shù)運(yùn)行的組合光斑圖可以在探測器平面上評估掃描場尺寸（例如50mm x50mm）。

 此外，掃描位置位于非等距網(wǎng)格，由鏡子傾斜和實(shí)際入射掃描角Theta之間的非線性關(guān)系生成（想要更多細(xì)節(jié)，參見下一張幻燈片）。

file: LSC.0002_LaserScanning_F-ThetaObjective_02_ScanningProcedureAngles.run

反射鏡傾斜和入射掃描角Theta之間的非線性關(guān)系

 為了更好地說明反射鏡X和Y傾斜角和入射掃描角Theta之間的非線性關(guān)系，執(zhí)行相似的參數(shù)運(yùn)行（此過程中沒有使用掃描光學(xué)原價(jià)n）（參見下圖）。

 這種非線性特性是由三維反射定律和兩個(gè)掃描維度分離的反射鏡引起的。

 因此，探測器的位置位于一個(gè)非等距網(wǎng)格上。

 為了生成一個(gè)等距網(wǎng)格，必須使用3D反射定律來解析地補(bǔ)償非線性。

file used: LSC.0002_LaserScanning_F-ThetaObjective_03_NonLinearBehavior.run

補(bǔ)償反射鏡傾斜和目標(biāo)平面上光斑位置之間的非線性關(guān)系

 上一個(gè)幻燈片，我們已經(jīng)看到了反射鏡傾斜和目標(biāo)平面上光斑位置之間的一個(gè)非線性關(guān)系。在下面我們將使用VirtualLab的參數(shù)耦合（Parameter Coupling）工具來補(bǔ)償非線性關(guān)系。

 在F-Theta物鏡焦平面上，光束的橫向位置線性依賴于球形入射角Theta（θ）和有效焦距（EFL）。 理想的球入射角Theta和Phi可以由探測器平面上的光束理想橫向位置(x,y)計(jì)算得到。

通過參數(shù)耦合進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)整

 如前面的掃描過程所示，反射鏡傾斜和探測器平面上點(diǎn)位置之間的非線性關(guān)系可以由參數(shù)耦合中補(bǔ)償。 因此，對于某點(diǎn)的位置，掃描鏡的方向可使用三維反射定律來計(jì)算。

 使用參數(shù)耦合工具，系統(tǒng)可根據(jù)三維反射定律來進(jìn)行調(diào)整。

1.用戶在成像面輸入光束的理想橫向位置2.系統(tǒng)參數(shù)

3.輸入變量4.源代碼編輯器（腳本定義，實(shí)現(xiàn)實(shí)際的補(bǔ)償。）

參數(shù)耦合腳本的輸入變量也可以通過LPD的參數(shù)預(yù)覽來進(jìn)行訪問。

軸上的3D光線追跡分析

file used: LSC.0002_LaserScanning_F-ThetaObjective_01_RayTracing.lpd

離軸P（25，25）mm上的3D光線追跡分析

再次進(jìn)行掃描過程

 使用參數(shù)運(yùn)行的掃描模式，從-10mm到10mm，在探測器平面逐步地（每個(gè)維度5步）上改變理想光束x位置和y位置，以完成掃描過程。 從參數(shù)運(yùn)行文檔，可以繪制場曲和畸變的期望的圖像，如LSC.0001所示。

file used: LSC.0002_LaserScanning_F-ThetaObjective_04_ScanningProcedurePos.run

掃描過程中的組合點(diǎn)列圖

file used: LSC.0002_LaserScanning_F-ThetaObjective_04_ScanningProcedurePos.run

 從參數(shù)運(yùn)行（Parameter Run）中，可以生成所有單點(diǎn)圖的組合點(diǎn)圖。 點(diǎn)位置位于等距網(wǎng)格的原因是使用參數(shù)耦合（Parameter Coupling）工具補(bǔ)償反射鏡傾斜到期望輸入掃描角的非線性行為。

指定掃描過程的完整光線追跡數(shù)據(jù)可以在一個(gè)單獨(dú)文檔中獲得；冊u估 可以進(jìn)行一維畸變評估（輸入掃描角度Theta或者探測器橫向位置）。

 下圖顯示了使用F-Theta而不是一個(gè)非球面透鏡以顯著改善F-Theta畸變（LSC.0001）。 LSC.0001中可以找到計(jì)算畸變的一個(gè)詳細(xì)解釋。

file used: LSC.0002_LaserScanning_F-ThetaObjective_05_FieldCurvatureDistortion.run results stored in: LSC.0002_LaserScanning_F-ThetaObjective_05_FiedlCurvatureDistortion.da

場區(qū)評估

 以或者以輸入掃描角度Theta或者以探測器橫向位置來進(jìn)行一維場曲評估。

 下圖顯示了使用F-Theta物鏡而不是一個(gè)非球面透鏡場曲的顯著改善（LSC.0001）。 可以在LSC.0001找到場曲計(jì)算的詳細(xì)說明。

file used: LSC.0002_LaserScanning_F-ThetaObjective_05_FieldCurvatureDistortion.run

• A detailed explanation of the calculation of the field curvature can be found in LSC.0001.results stored in: LSC.0002_LaserScanning_F-ThetaObjective_07_FiedlCurvatureDistortion.da

詳述應(yīng)用案例

場追跡的模擬和結(jié)果

分析光束剖面 幾何場追跡引擎可以在一個(gè)特定的探測器位置上更為精確地評估光束剖面，位置和直徑。

 因此，使用聚焦區(qū)域探測器，通過幾何場追跡在幾何區(qū)域內(nèi)傳播場并且在衍射區(qū)域內(nèi)求解光束傳播的衍射積分。 將光束參數(shù)探測器（Beam Parameter Detector）應(yīng)用到傾斜探測器的場以獲得束腰距離dw。因此，場曲率值ZFC可以用物理光學(xué)方法進(jìn)行計(jì)算。

file used: LSC.0001_LaserScanning_Asphere_07_BeamProfileOffAxis.lpd

在軸上P（0,0）mm分析光束剖面

 在軸上，對于強(qiáng)度分布來說，光束像差扮演一個(gè)次要角色。 球形相位可以由場追跡計(jì)算，相對于光線追跡的結(jié)果顯示了附加的離焦。這個(gè)離焦現(xiàn)象是由光束的衍射效應(yīng)造成的。

file used: LSC.0002_LaserScanning_F-ThetaObjective_08_BeamProfileOnAxis.lpd

 光束參數(shù)探測器確定光束直徑和質(zhì)心位置和束腰。 由更精確的場追跡獲得的光束直徑，明顯高于工光線追跡獲得的結(jié)果。

 附加的物理光學(xué)離焦由場追跡直接影響場曲值進(jìn)行計(jì)算，如下表所示。

外軸P（0,25）mm上分析光束剖面

 一般來說，離軸場軸上場由不同的中心方向與。 因此可以通過傾斜探測器以避免線性相位疊加，正如LSC.0001中提到。

 像散球相位表明在x和y方向不同光束尺寸組形成的一個(gè)離焦光斑。

 由更準(zhǔn)確的場追跡獲得光直徑束明顯高于由光線追跡獲得的結(jié)果。此外，由于像散，在x和y方向上所獲得的光束直徑有所不同。 由場追跡計(jì)算的附加物理光學(xué)離焦直接影響了場曲的值，如下表所示。

 光束位置(=光束質(zhì)心)相比于光線追跡的結(jié)果也略有不同。

其他的VirtualLab特征

在此案例中，你將從以下選擇的特征中獲益： 各種探測器

– 測量的焦點(diǎn)位置取決于鏡掃描角– 在探測器平面測量的光束位置

– 使用聚焦區(qū)域探測器計(jì)算聚焦區(qū)域中的場 參數(shù)耦合

 對于掃描光學(xué)的期望輸入掃描角度Theta，調(diào)整反射鏡方向參數(shù)運(yùn)行– 估計(jì)掃描場尺寸

– 生成場曲和畸變圖樣

總結(jié)

VirtualLab可以：

 使用雙軸掃描鏡和F-Theta物鏡模擬激光掃描系統(tǒng) 在目標(biāo)平面分析偏轉(zhuǎn)光束

– 由光線追跡計(jì)算掃描場尺寸，場曲和畸變– 由幾何場追跡精確計(jì)算光束剖面

– 場追跡可以精確分析光束位置和焦點(diǎn)

進(jìn)一步閱讀

進(jìn)一步閱讀：參考文獻(xiàn)

[1] Von Scanlab7 - Eigenes Werk, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=16724483[2] Frank Wyrowski ; Huiying Zhong ; Site Zhang ; Christian Hellmann; Approximate solution of Maxwell’s equations by geometrical optics. Proc. SPIE 9630, Optical Systems Design 2015: Computational Optics, 963009 (October 15, 2015)

進(jìn)一步閱讀

以下文件給出一個(gè)詳細(xì)的描述，如何在VirtualLab中設(shè)置和優(yōu)化激光系統(tǒng)： 入門視頻：

– 介紹光路圖– 介紹參數(shù)運(yùn)行

 使用案例：– 元件的定位和取向

– 光線追跡引擎的設(shè)置和結(jié)果演示– 使用參數(shù)運(yùn)行文檔

– 一維數(shù)值數(shù)據(jù)陣列多重圖像模式– 大孔徑透鏡系統(tǒng)-通過幾何場追跡+進(jìn)行分析

]]> <![CDATA[準(zhǔn)直系統(tǒng)中的鬼像]]>
潛在的干涉圖案(也稱為鬼像)可能會(huì)對設(shè)置的整體性能產(chǎn)生負(fù)面影響，因此值得詳細(xì)研究。

VirtualLab Fusion的非序列快速物理光學(xué)模擬引擎允許光學(xué)工程師以靈活、方便、易用的方式包括或忽略表面之間的多重干涉。這是通過VirtualLab Fusion所謂的 “Channel Concept（通道概念）”實(shí)現(xiàn)的，其中對于每個(gè)單獨(dú)的表面，相應(yīng)通道的“input-output pair” (來自左側(cè)和右側(cè)的透射和反射，總共四個(gè)通道)可以隨意打開或關(guān)閉。然后，軟件可以自動(dòng)確定光在系統(tǒng)中的傳播路徑，并相應(yīng)地追跡電磁場。
例如，我們展示了對準(zhǔn)直系統(tǒng)中鬼像的研究，并附有另一份文件，該文件深入介紹了上述通道概念：
準(zhǔn)直系統(tǒng)中鬼像效應(yīng)的研究



利用VirtualLab Fusion中的非序列快速物理光學(xué)追跡技術(shù)，通過檢測非鍍膜表面之間的反射，研究了準(zhǔn)直透鏡系統(tǒng)中的鬼像效應(yīng)。
用于非序列追跡的通道設(shè)置



使用VirtualLab Fusion中的靈活通道配置，可以輕松控制任何表面和/或區(qū)域的響應(yīng)，以實(shí)現(xiàn)所需的建模方案。]]> <![CDATA[FRED應(yīng)用：MTF的計(jì)算]]> 描述

FRED可以計(jì)算一個(gè)給定系統(tǒng)的MTF，本教程解釋了如何來實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能。

建立系統(tǒng)

這篇文章中我們所使用的系統(tǒng)是一個(gè)簡單的透鏡，將光聚集到附著在幾何面的分析面上。透鏡是一個(gè)簡單的雙凸BK7單透鏡，參數(shù)為r1=60 mm, r2=-300 mm, ct=4 mm, x semi-aperture=10, y semi-aperture=10，該透鏡的像平面位于近軸焦點(diǎn)處。



光線聚焦的幾何面是一個(gè)簡單的表面，它的位置規(guī)范與透鏡的第二個(gè)面是一致的，并且在Z軸方向移動(dòng)94.591622 mm。




光源是一個(gè)44*44格的相干光，類型是single direction(plane wave)單一方向的平面波，波長為0.55 μm，功率為一個(gè)單位。  








      
分析
這個(gè)系統(tǒng)的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)：
•    Log (Normal PSF)
•    λ = 0.55 mm
•    0.32 waves 3rd order spherical
•    EPD = 10 mm
•    f/# = 9.68
點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)如下圖：    



系統(tǒng)的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)是：
•     Log (Normal PSF)
•     λ = 0.55 mm
•     1 wave 3rd order spherical
•     EPD = 13.31 mm
•     f/# = 7.27
點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)如下圖：


      
演算
為了充分采樣透鏡的空間頻率直到截止頻率，分析面的最小半寬需滿足以下要求：      


  
在這個(gè)等式中變量定義如下：
•     Nx == number of pixels in the analysis plane for the irradiance spread function (PSF)（分析面的像素?cái)?shù)用于照度分布函數(shù)）
•     w == half width of the analysis plane for the irradiance spread function (PSF)（分析面的半寬度用于照度分析函數(shù)）
•     Δx == pixel size in lens units（透鏡的像素大小單位）= 2w/Nx
•     Nf == number of pixels in the transform grid（在轉(zhuǎn)換網(wǎng)格中的像素?cái)?shù)）;
•    the transform grid must have 2n x 2n pixels（轉(zhuǎn)換網(wǎng)格一定要有2n x 2n個(gè)像素） (i.e. ...16, 32 , 64, 128, 256, 512, ...)
•   FRED automatically sizes the transform grid so that it is 2n x 2n. Its size is the smallest grid for which Nf is greater than or equal to Nx（FRED自動(dòng)規(guī)定轉(zhuǎn)換網(wǎng)格的尺寸保證它的大小為2n x 2n。它的大小是最小的網(wǎng)格，Nf應(yīng)大于等于Nx）
•    if Nx = 127, then FRED makes Nf = 128（如果Nx=127，F(xiàn)RED就將Nf 設(shè)置為128）
•    if Nx = 128, then FRED makes Nf = 128
•    if Nx = 129, then FRED makes Nf = 256
•    Δf == pixel size in 1/lens units （1個(gè)透鏡單元的像素大。= 1/(Nf*Dx)
•     λ == wavelength in lens units（透鏡單元的波長）
•     F == focal length（焦距）
•     D == entrance pupil diameter（入瞳直徑）
比較
在下圖中：
透鏡EPD=10mm
截止頻率=184lp/mm
圖像平面網(wǎng)格=128*128像素，在X和Y方向上的全寬度為0.348mm*0.348mm。    



在下面的圖表中：
透鏡EPD=13.31 mm
截止頻率=250 lp/mm
圖像平面網(wǎng)格=128*128像素，在X和Y方向上的全寬度為0.256mm*0.256mm



增加第一表面的BTDF函數(shù)，TIS=0.27，表面粗糙度為：90埃



則可以看到表面粗糙對MTF的影響：

]]> <![CDATA[LITESTAR 4D：面向未來的唯一BIM文件-IFC！]]>

IFC：面向未來的唯一BIM文件！

在全球范圍內(nèi)，BIM正逐漸成為建筑行業(yè)中一種新的廣譜設(shè)計(jì)方法。BIM世界中最重要的方面之一是通過交換文件，也就是在制造商、設(shè)計(jì)師和市場之間傳遞信息：產(chǎn)品數(shù)據(jù)格式必須標(biāo)準(zhǔn)化到最高水平，以便促進(jìn)正確的設(shè)計(jì)。在我們看來，唯一具備這種特性的文件是IFC（Industry Foundation Classes）文件。


什么是IFC文件？

IFC是一種特殊的文件格式，它允許在建筑行業(yè)的各種設(shè)計(jì)平臺(tái)（程序）之間交換有關(guān)產(chǎn)品的數(shù)據(jù)，無論是結(jié)構(gòu)還是燈具。
IFC是一個(gè)平臺(tái)，是中立、開放的數(shù)據(jù)架構(gòu)規(guī)范，由獨(dú)立的標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu)管理，因此不受單一供應(yīng)商控制，旨在促進(jìn)相互可操作性。IFC文件旨在包含產(chǎn)品的性能數(shù)據(jù)，如Eulumdat或IES光度文件，以及技術(shù)、商業(yè)和維護(hù)數(shù)據(jù)，也就是說，所有可以表征產(chǎn)品的數(shù)據(jù)。
IFC的優(yōu)勢是什么？
IFC格式提供的主要優(yōu)勢是建筑過程中涉及的各種專業(yè)人員之間的互相可操作性，使他們能夠通過標(biāo)準(zhǔn)格式交換信息，當(dāng)然這種格式不僅可以在照明行業(yè)中可以自由使用。這樣可以提高工作質(zhì)量，減少錯(cuò)誤、降低成本并節(jié)省時(shí)間，因?yàn)樗ＷC了在每個(gè)階段使用一致和更新的數(shù)據(jù)：從設(shè)計(jì)到后續(xù)維護(hù)。）

IFC：照明技術(shù)未來的文件格式

IFC文件是BIM的未來，因?yàn)樗鼈兙哂幸韵绿攸c(diǎn)：
• 開放
• 獨(dú)立
• 由真正獨(dú)立的國家或國際標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)管理
• 與BIM世界中的所有其他建筑產(chǎn)品文件一致
• 符合適用的國家法律，如意大利BIM法（2017年12月1日的Del Rio法令第560項(xiàng)），或者丹麥、芬蘭和挪威BIM法，這些法律已經(jīng)規(guī)定IFC文件是唯一可用的文件格式
這是否意味著任何不具備這些特點(diǎn)的文件在BIM世界中都無法使用？看起來是這樣，這是參與其發(fā)展的又一個(gè)原因。根據(jù)buildingSMART（領(lǐng)導(dǎo)建筑行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的全球機(jī)構(gòu)）的說法，IFC格式是實(shí)施開放BIM的主要工具，"它代表一種基于開放標(biāo)準(zhǔn)和工作流程的協(xié)作的通用方法，用于建筑的設(shè)計(jì)和施工”。）

一則對照明行業(yè)的邀請函

因此，我們邀請制造商、機(jī)構(gòu)、設(shè)計(jì)師、經(jīng)銷商和安裝商以及軟件開發(fā)商等，加入我們來共同開發(fā)適用于照明行業(yè)的 IFC 格式。
對所有人來說，好處將是巨大的，因?yàn)榻K于可以獲得單一的交換文件，不僅限于照明行業(yè)，而是覆蓋建筑行業(yè)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、維護(hù)和全生命周期的所有活動(dòng)。
這樣，我們將能夠一致地響應(yīng) BIM 文件的需求，整合產(chǎn)品供應(yīng)，覆蓋從磚塊到照明的整個(gè)建筑行業(yè)。]]> <![CDATA[OCAD應(yīng)用：四組元連續(xù)變焦系統(tǒng)]]> 四組元連續(xù)變焦系統(tǒng)是在三組元連續(xù)變焦系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了一個(gè)變焦組分擔(dān)系統(tǒng)像面位移，由兩個(gè)變焦組一個(gè)補(bǔ)償組，再加一個(gè)前固定組和后固定組組成。兩個(gè)變焦組可以接連在一起，第二個(gè)變焦組固定不動(dòng)，也可稱為中固定組，雖然不動(dòng)，也起著變焦組的功能。后面是補(bǔ)償組。系統(tǒng)前固定組、前變焦組、中固定組、補(bǔ)償組以及后固定組的光焦度正負(fù)相間排列。此類變焦系統(tǒng)實(shí)際是一種四組元兩組移動(dòng)的結(jié)構(gòu)形式。由于四組元連續(xù)變焦系統(tǒng)有兩個(gè)變焦組，可以減輕補(bǔ)償組的負(fù)擔(dān)，減緩補(bǔ)償組凸輪曲線的陡度趨于平滑，可以進(jìn)一步提高系統(tǒng)變焦比。

如果第二變焦組也可以沿軸向運(yùn)動(dòng)，補(bǔ)償組位于兩變焦組之間，是四組元三組移動(dòng)形式的機(jī)械補(bǔ)償式連續(xù)變焦系統(tǒng)。該結(jié)構(gòu)形式往往把兩個(gè)變焦組固聯(lián)在一起，稱為四組分雙組聯(lián)動(dòng)式變焦系統(tǒng)。

①  外形尺寸自動(dòng)計(jì)算

在選擇“設(shè)計(jì)”菜單中的“變焦系統(tǒng)高斯計(jì)算”后，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)如圖1的小窗體。窗體中央顯示了四組元二移動(dòng)連續(xù)變焦系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)式意圖，下面表格給出系統(tǒng)的特征數(shù)據(jù)列表，左上方有下拉式文本框選擇設(shè)計(jì)計(jì)算以前固定組還是以后固定組為基礎(chǔ)。根據(jù)前固定組求解是已知前固定組焦距值出發(fā)計(jì)算系統(tǒng)外形尺寸數(shù)據(jù)，反之是從后固定組焦距值出發(fā)計(jì)算系統(tǒng)外形尺寸數(shù)據(jù)。按表中內(nèi)容填寫完畢，四組元連續(xù)變焦系統(tǒng)的外形尺寸計(jì)算工作立即自動(dòng)完成。此時(shí)如果選擇工具條上“圖文”按鈕就會(huì)顯示系統(tǒng)外形尺寸計(jì)算結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，如圖2。


圖1.變焦系統(tǒng)高斯計(jì)算窗體

圖2.外形尺寸計(jì)算數(shù)據(jù)
對于四組元連續(xù)變焦系統(tǒng)，由于變焦組的分離，不存在換根以及物象交換原則的選擇。運(yùn)動(dòng)曲線只有線性運(yùn)動(dòng)與非線性運(yùn)動(dòng)的選擇。

如果選擇工具條上“動(dòng)畫”按鈕還可以顯示系統(tǒng)變焦運(yùn)動(dòng)的動(dòng)畫效果。如圖3。

    
圖3.變焦系統(tǒng)變焦運(yùn)動(dòng)動(dòng)畫
②  初級像差系數(shù)自動(dòng)平衡

完成外形尺寸計(jì)算后就可以接著進(jìn)行系統(tǒng)初級像差的平衡優(yōu)化設(shè)計(jì)。此時(shí)按“下一步”命令鈕，窗體立即出現(xiàn)下一個(gè)畫面如圖4。其中列出兩個(gè)表格，一個(gè)是要求輸入各初級像差系數(shù)的目標(biāo)值，另一個(gè)要求輸入系統(tǒng)各組元的PW參數(shù)的初始參考值及其權(quán)系數(shù)。


圖4.填寫初級像差系數(shù)
參加優(yōu)化設(shè)計(jì)的初級像差項(xiàng)目可選，選擇時(shí)使用工具條上插入和刪除按鈕進(jìn)行操作。以上數(shù)據(jù)輸入完畢，按動(dòng)工具條上確定按鈕，計(jì)算立即完成，并顯示在下面文本框內(nèi)，如圖5。利用工具條上“圖文”菜單隨時(shí)可以單獨(dú)顯示PW自動(dòng)優(yōu)化結(jié)果，得出系統(tǒng)實(shí)際像差平衡數(shù)據(jù)，最終完成四組元連續(xù)變焦系統(tǒng)的高斯光學(xué)設(shè)計(jì)。

    
圖5.PW自動(dòng)優(yōu)化結(jié)果
③   四組元系統(tǒng)的凸輪曲線
所謂機(jī)械補(bǔ)償式連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)就是利用兩個(gè)活動(dòng)組分（俗稱變焦組和補(bǔ)償組）各自以不同函數(shù)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律沿軸向移動(dòng)改變光學(xué)系統(tǒng)各組分間表面間隔距離在改變系統(tǒng)焦距的同時(shí)保持像面位置穩(wěn)定不變。在鏡頭機(jī)械結(jié)構(gòu)時(shí)往往采用凸輪結(jié)構(gòu)形式完成活動(dòng)組分按要求運(yùn)動(dòng)。在設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)時(shí)必須由光學(xué)設(shè)計(jì)給出凸輪運(yùn)動(dòng)曲線。凸輪曲線是在設(shè)計(jì)機(jī)械補(bǔ)償式連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)時(shí)，為保證系統(tǒng)像面位置穩(wěn)定，用高斯光學(xué)理論計(jì)算變焦組和補(bǔ)償組的運(yùn)動(dòng)曲線。為此，在本設(shè)計(jì)時(shí)就自動(dòng)計(jì)算出了系統(tǒng)凸輪曲線坐標(biāo)值并繪出凸輪曲線如圖6，通過工具條上“圖文”菜單隨時(shí)可以顯示凸輪曲線的參數(shù)坐標(biāo)值如圖7所示。

圖6.變焦光學(xué)系統(tǒng)凸輪曲線圖
圖7.變焦光學(xué)系統(tǒng)凸輪曲線參數(shù)表
如果系統(tǒng)目標(biāo)在有限距離內(nèi)，可以在界面上方下拉式文本框內(nèi)選擇“有限距離”，然后填寫目標(biāo)距離，再按“確定”按鈕，就會(huì)顯示指定目標(biāo)距離的光路示意圖。為了更明顯顯示系統(tǒng)示意圖，再按右上方“選擇按鈕”，會(huì)顯示示意圖如圖8右圖。


    
圖8.目標(biāo)在有限距離系統(tǒng)光路結(jié)構(gòu)示意圖
④   各組元系統(tǒng)各組分對像面偏移及補(bǔ)償?shù)年P(guān)系
四組元連續(xù)變焦系統(tǒng)各組分對像面偏移及補(bǔ)償?shù)年P(guān)系如圖9所示。


    
圖9.各組分對象面偏移的貢獻(xiàn)示意圖
]]> <![CDATA[非序列追跡的通道設(shè)置]]> 摘要



VirtualLab Fusion可以靈活地配置表面和（光柵）區(qū)域的通道。通過調(diào)整通道配置，可以輕松地實(shí)現(xiàn)所需的建模方案。我們使用一個(gè)具有兩個(gè)表面的光波導(dǎo)的案例來演示通道的配置。顯示了由不同的設(shè)置組合產(chǎn)生的光路結(jié)果。此外，我們還在光波導(dǎo)表面上添加了光柵區(qū)域，并演示了這些區(qū)域的通道配置，以及這些區(qū)域的光柵參數(shù)。

建模任務(wù)

如何調(diào)整表面上的通道和表面上的任何可能的光柵區(qū)域，以及如何用這些設(shè)置來控制仿真。  



表面通道

初始化

 使用兩個(gè)平面表面創(chuàng)建一個(gè)由熔融石英制成的、厚度為5 mm的平面光波導(dǎo)。




 使用兩個(gè)平面表面創(chuàng)建一個(gè)由熔融石英制成的、厚度為5 mm的平面光波導(dǎo)。
 為了更好地說明，定義光波導(dǎo)繞y軸旋轉(zhuǎn)30°。



通道定義  


 每個(gè)表面有四個(gè)可選的通道，至少應(yīng)該激活一個(gè)通道以進(jìn)行追跡。
 可以為每個(gè)表面單獨(dú)定義通道。
 不同的通道設(shè)置會(huì)導(dǎo)致不同的建模方案。



要更改“常規(guī)光學(xué)設(shè)置”中元件的通道，請將主菜單中的“Light Path Finder”部分的設(shè)置更改為“手動(dòng)配置”。



要更改“常規(guī)光學(xué)設(shè)置”中元件的通道，請將主菜單中的“Light Path Finder”部分的設(shè)置更改為“手動(dòng)配置”。





區(qū)域通道
表面的區(qū)域
 可以定義表面上的各個(gè)區(qū)域，并單獨(dú)定義它們的光學(xué)特性，包括通道設(shè)置。



區(qū)域定義
 在第一個(gè)表面上創(chuàng)建一個(gè)矩形區(qū)域。
 將區(qū)域大小設(shè)置為
2.25 mm×2.25 mm，其中心位置x方向設(shè)置為-3.6 mm。


 在第一個(gè)表面上創(chuàng)建一個(gè)矩形區(qū)域。
 將區(qū)域大小設(shè)置為2.25 mm×2.25 mm，其中心位置x方向設(shè)置為-3.6 mm。
 將該區(qū)域定義為一個(gè)單透射級次T0 = 50 %和一個(gè)單反射級次R0 = 50 %的光柵，構(gòu)成半反射鏡。
 在這里我們只處理零階衍射，這與通常基于折射的透射和反射相同。

      
給出了從背面入射的效率；在這個(gè)例子中，T和R分別對應(yīng)于-/-和-/+通道。

區(qū)域定義

按照與表面相同的規(guī)則設(shè)置該區(qū)域的通道。



區(qū)域定義

 可以在一個(gè)給定的區(qū)域上定義一個(gè)衍射光柵。      



區(qū)域定義
 可以在一個(gè)給定的區(qū)域上定義一個(gè)衍射光柵。
 我們在第二個(gè)表面上添加一個(gè)矩形區(qū)域（2.25 mm邊長），中心位置沿x方向-8.2 mm  



區(qū)域定義
 可以在一個(gè)給定的區(qū)域上定義一個(gè)衍射光柵。
 我們在第二個(gè)表面上添加另一個(gè)矩形區(qū)域（2.25 mm邊長），中心位置沿x方向-8.2 mm。
 定義一個(gè)理想的光柵，周期2µm，衍射效率為:
T0=10%
T+1=60%
T+2=10%



區(qū)域定義
 可以在一個(gè)給定的區(qū)域上定義一個(gè)衍射光柵。
 我們在第二個(gè)表面上添加另一個(gè)矩形區(qū)域（2.25 mm邊長），中心位置沿x方向-8.2 mm。
 定義一個(gè)理想的光柵，周期2µm，衍射效率為:
T0=10%
T+1=60%
T+2=10%


表面1區(qū)域： 打開-/+
表面2區(qū)域： 打開+/+
[包括T0、T+1、T+2衍射級次]

文檔信息



拓展閱讀
- 平板玻璃的非序列光線追跡分析
- 平面或曲面標(biāo)準(zhǔn)具的建模
- 統(tǒng)一多通道光波導(dǎo)外耦合光柵的優(yōu)化
]]> <![CDATA[雙折射晶體偏振干涉效應(yīng)]]> 簡介：

本文的目的是介紹FRED的材料性質(zhì)方面一些高級的設(shè)定，這些設(shè)定共分成以下幾個(gè)部份。
 雙折射晶體和偏振光干涉
 光源偏振設(shè)置
 雙折射材料方向和其他設(shè)定
 干涉結(jié)果和光線性質(zhì)查看
 漸變折射率(GRIN)材料
 腳本設(shè)置漸變折射率材料
 定性模擬結(jié)果

雙折射晶體和偏振光干涉

偏振光干涉現(xiàn)象在實(shí)際中有很多應(yīng)用，這里要模擬的是一種典型的雙折射干涉實(shí)驗(yàn)，設(shè)置如下圖所示：左側(cè)是偏振光源，偏振方向是在xy平面且與x軸夾角45度，所有光線的反向延長線指向一點(diǎn)。接下來光線經(jīng)過方解石平板，厚2mm，光軸方向沿z 軸。然后光線通過偏振片，偏振片方向與光源方向垂直（xy 平面，與x 夾角-45度），偏振片是通過設(shè)置偏振鍍膜來實(shí)現(xiàn)的。最右邊是接收分析面，光線在這里停止，用來計(jì)算光強(qiáng)。
圖1. 系統(tǒng)設(shè)置


下面設(shè)置雙折射材料。在材料文件夾下右擊，選擇新建材料（create a new material），選擇類型為取樣雙折射材料或旋光性物質(zhì)（sampled birefringent and/or optically active material），波長設(shè)置為0.5875618，o光和e光的折射率分別設(shè)為1.66 和 1.49，光軸方向設(shè)置為z軸（0，0，1）。
圖2. 雙折射材料


偏振片是通過偏振鍍膜來實(shí)現(xiàn)的，如下新建偏振鍍膜。右擊鍍膜文件夾，新建鍍膜，類型選擇偏振/波片鍍膜瓊斯矩陣(Polarizer/Waveplate Coating jones matrix)，然后默認(rèn)的就是沿x軸偏振鍍膜。

圖3. 偏振鍍膜


右擊光源文件夾并選擇新建詳細(xì)光源。命名為Diverging beam，光源的類型選擇為六邊形平面，方向選擇從某點(diǎn)發(fā)出，并且把這一點(diǎn)選在z軸負(fù)軸的某一點(diǎn)(0,0,-20)。設(shè)置光源設(shè)為相干光，在偏振(polarization)選項(xiàng)卡里設(shè)置光源偏振類型和方向?yàn)榫性偏振，方向?yàn)閤軸方向（下面通過把光源沿z軸選擇-45度來調(diào)整偏振方向，當(dāng)然也可以在這里設(shè)置偏振方向?yàn)槟骋粋(gè)特定點(diǎn)方向，但是用前一種方法在需要改變光源偏振方向時(shí)會(huì)更方便一些）。然后設(shè)置光源位置和旋轉(zhuǎn)，將光源位置設(shè)置在(0,0,-3)，沿z軸選擇-45度。

圖4.  光源方向

圖5.  光源相干性設(shè)置

圖6. 光源偏振設(shè)置
圖7. 光源位置和旋轉(zhuǎn)


在幾何結(jié)構(gòu)文件夾(geomertry)下右擊，選擇新建透鏡(lens)。如下如設(shè)置半徑10，厚度2，雙面曲率為0，在原點(diǎn)處，并且把方解石材料的套用在該透鏡上。如下圖所示。
圖8. 新建方解石平板


在幾何結(jié)構(gòu)文件夾下(geometry)下右擊，新建基本元件(create element primitive)，平面(plane)，半長寬分別是10單位，旋轉(zhuǎn) -45度，向z軸負(fù)方向平移5個(gè)單位。把偏振鍍膜套用在偏振片上。

圖9. 新建偏振片


同樣步驟建立接收面，半長寬分別12，位置在(0,0,10)處。
圖10. 接收面


設(shè)立分析面，并且套用在接收面上。這里分析面對尺寸設(shè)置為可以自動(dòng)匹配到數(shù)據(jù)范圍。
圖11. 分析面

到這里設(shè)置已經(jīng)完畢，整個(gè)系統(tǒng)看起來像下圖的樣子，也可以到 Edit/Edit View Multiple Surfaces 下查看各個(gè)表面的材料，鍍膜，光線控制等性質(zhì)。
圖12. 整體系統(tǒng)
圖13. 各個(gè)表面性質(zhì)


現(xiàn)在定性討論一下干涉的效果。因?yàn)楣庠磁c偏振片的偏振方向垂直，所以只有偏振方向改變的光線能夠通過。光線通過單軸晶體時(shí)，分為o光(ordinary)和e光(extraordinary)，其中o光電場分量與主平面（光線與光軸組成的平面）垂直，e光電場分量與主平面平行，在晶體內(nèi)o光和e光的速度一般會(huì)不同（與光軸和光線方向有關(guān)），即等效折射率不同，所以兩種光分開一個(gè)很小的角度，而且傳播同樣距離會(huì)有一個(gè)相位差。由于o光e光偏振角度不同，并不能直接相干，但是兩種光投影在偏振片上的分量是滿足相干條件的。兩種光的相位差是隨著傾斜角度變化的，所以隨著傾角的變化會(huì)出現(xiàn)明暗交替的環(huán)。
對于同一個(gè)傾角的光線，不同方位角的光線投影在單軸晶體上的的o光和e光分量大小不同，這些o光和e光投影在偏振片上分量也隨著方位角而變化，所以可以設(shè)想同一環(huán)上的光強(qiáng)也會(huì)隨著方位角而周期性變化。實(shí)際上，會(huì)在相干環(huán)上出現(xiàn)一個(gè)暗的十字刷。
下面追跡光線并且查看能量分布，如下圖所示。
這里改變了繪圖樣式和顏色級別，可以通過右擊圖表，選擇change color level 來設(shè)置。
圖14. 光線追跡效果

在 Analysis/Polarization Spot Diagram (Ctrl+Shift+L) 里查看分析面上的光線偏振情況，應(yīng)該都是方向?yàn)?45度的線偏光,如下圖所示。也可以將接收面移動(dòng)到偏振片之前，將接受面沿z軸的偏移量從10 單位長度調(diào)整到3，查看一下這里光線的偏振情況？梢钥吹給光和e光在同一傾斜角，不同方位角時(shí)分量會(huì)不同。
圖15. 分析面上光線的偏振情況
圖16. 偏振片前光線的偏振情況

下面考慮將偏振片旋轉(zhuǎn)一定角度后干涉結(jié)果會(huì)如何變化，如下圖，將偏振片繞z軸旋轉(zhuǎn) -80度。
圖17. 將偏振片旋轉(zhuǎn)一定角度
圖18. 旋轉(zhuǎn)偏振片后的干涉情況

偏振干涉的干涉圖樣是千變?nèi)f化的，現(xiàn)在調(diào)整光軸方向傾斜一個(gè)小的角度，觀察會(huì)出現(xiàn)什么結(jié)果。
晶體的光軸或者漸變折射率材料（GRIN）的方向可以在 Tools -> edit/view GRIN/Birefrigent Material position/orientation （查看調(diào)整漸變折射率材料/雙折射材料位置方向）中調(diào)整，分別選者材料和元件，調(diào)整位置或角度，如下圖所示。
圖19. 調(diào)整雙軸晶體晶軸方向
圖20. 光軸沿線x軸旋轉(zhuǎn)3度后的干涉圖樣

從上圖可以看出，傾斜光軸只是相當(dāng)于平移了干涉圖樣。]]> <![CDATA[準(zhǔn)直系統(tǒng)中鬼像效應(yīng)的研究]]> 摘要

仿真技術(shù)的主要作用之一是提供一個(gè)平臺(tái)，以便在系統(tǒng)制造之前研究系統(tǒng)的性能，以便盡可能多地預(yù)防潛在的缺陷。雜散光是影響系統(tǒng)性能的最常見現(xiàn)象之一，雜散光可能有多個(gè)來源，其中包括系統(tǒng)中的內(nèi)部偽反射。在這個(gè)用例中，我們分析了高Na激光二極管準(zhǔn)直透鏡系統(tǒng)中這種反射的存在，我們模擬了產(chǎn)生的鬼像對探測場的影響(由主準(zhǔn)直光束的干涉引起的同心環(huán)圖案和由雜散光產(chǎn)生的二次發(fā)散)，并確定需要在透鏡系統(tǒng)的關(guān)鍵表面上涂上抗反射涂層。



建模任務(wù)




準(zhǔn)直系統(tǒng)



非序列追跡



總結(jié)—元件…





系統(tǒng)光線追跡結(jié)果



完美的減反射(AR)涂層



有內(nèi)部反射


]]> <![CDATA[OCAD應(yīng)用：五組元連續(xù)變焦系統(tǒng)]]> 五組元連續(xù)變焦系統(tǒng)實(shí)際上是在三組元系統(tǒng)是基礎(chǔ)上發(fā)展起來的兩個(gè)三組元連續(xù)變焦系統(tǒng)的疊加。前后兩個(gè)三組元參數(shù)分配一樣，兩個(gè)變焦組和連個(gè)補(bǔ)償組分別固聯(lián)在一起，按統(tǒng)一規(guī)律運(yùn)動(dòng)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也比較簡單。由于是兩個(gè)系統(tǒng)的疊加，因此其變焦范圍可以按平方關(guān)系擴(kuò)大而不影響補(bǔ)償曲線的過度彎曲。但畢竟復(fù)雜了變焦組結(jié)構(gòu)，對系統(tǒng)像差平衡有一定緩和作用。本軟件包根據(jù)這些設(shè)計(jì)方法進(jìn)行全面初始結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。從系統(tǒng)外形尺寸自動(dòng)計(jì)算到初級像差系數(shù)的自動(dòng)平衡，甚至可以從自動(dòng)選玻璃到解出各組分表面半徑。
圖1.變焦系統(tǒng)高斯計(jì)算窗體

① 外形尺寸自動(dòng)計(jì)算

在選擇“設(shè)計(jì)”菜單中的“變焦系統(tǒng)高斯計(jì)算”后，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)如圖1的小窗體。窗體中央顯示了五組元連續(xù)變焦系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，下面表格給出系統(tǒng)的特征數(shù)據(jù)列表，左上方有下拉式文本框選擇設(shè)計(jì)計(jì)算以前固定組還是以后固定組為基礎(chǔ)。根據(jù)前固定組求解是已知前固定組焦距值出發(fā)計(jì)算系統(tǒng)外形尺寸數(shù)據(jù)，反之是從后固定組焦距值出發(fā)計(jì)算系統(tǒng)外形尺寸數(shù)據(jù)。按表中內(nèi)容填寫完畢，五組元連續(xù)變焦系統(tǒng)的外形尺寸計(jì)算工作立即自動(dòng)完成。此時(shí)如果
選擇工具條上“圖文”按鈕就會(huì)顯示系統(tǒng)外形尺寸計(jì)算結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，如圖2。
圖2.外形尺寸計(jì)算數(shù)據(jù)

如果選擇工具條上“動(dòng)畫”按鈕還可以顯示系統(tǒng)變焦運(yùn)動(dòng)的動(dòng)畫效果。如圖3。
    
圖3.變焦系統(tǒng)變焦運(yùn)動(dòng)動(dòng)畫

圖4.填寫初級像差系數(shù)

② 初級像差系數(shù)自動(dòng)平衡
完成外形尺寸計(jì)算后就可以接著進(jìn)行系統(tǒng)初級像差的平衡優(yōu)化設(shè)計(jì)。此時(shí)按“下一步”命令鈕，窗體立即出現(xiàn)下一個(gè)畫面如圖5。其中列出兩個(gè)表格，一個(gè)是要求輸入各初級像差系數(shù)的目標(biāo)值，另一個(gè)要求輸入系統(tǒng)各組元的PW參數(shù)的初始參考值及其權(quán)系數(shù)。
參加優(yōu)化設(shè)計(jì)的初級像差項(xiàng)目可選，選擇時(shí)使用工具條上插入和刪除按鈕進(jìn)行操作。以上數(shù)據(jù)輸入完畢，按動(dòng)工具條上確定按鈕，計(jì)算立即完成，并顯示在下面文本框內(nèi)，如圖5。利用工具條上“圖文”菜單隨時(shí)可以單獨(dú)顯示PW自動(dòng)優(yōu)化結(jié)果，得出系統(tǒng)實(shí)際像差平衡數(shù)據(jù)，最終完成五組元連續(xù)變焦系統(tǒng)的高斯光學(xué)設(shè)計(jì)。

    
圖5.PW自動(dòng)優(yōu)化結(jié)果

③ 機(jī)械補(bǔ)償式連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)的凸輪曲線
所謂機(jī)械補(bǔ)償式連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)就是利用兩個(gè)活動(dòng)組分（俗稱變焦組和補(bǔ)償組）各自以不同函數(shù)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律沿軸向移動(dòng)改變光學(xué)系統(tǒng)各組分間表面間隔距離在改變系統(tǒng)焦距的同時(shí)保持像面位置穩(wěn)定不變。在鏡頭機(jī)械結(jié)構(gòu)時(shí)往往采用凸輪結(jié)構(gòu)形式完成活動(dòng)組分按要求運(yùn)動(dòng)。在設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)時(shí)必須由光學(xué)設(shè)計(jì)給出凸輪運(yùn)動(dòng)曲線。凸輪曲線是在設(shè)計(jì)機(jī)械補(bǔ)償式連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)時(shí)，為保證系統(tǒng)像面位置穩(wěn)定，用高斯光學(xué)理論計(jì)算變焦組和補(bǔ)償組的運(yùn)動(dòng)曲線。為此，在本設(shè)計(jì)時(shí)就自動(dòng)計(jì)算出了系統(tǒng)凸輪曲線坐標(biāo)值并繪出凸輪曲線如圖6，通過工具條上“圖文”菜單隨時(shí)可以顯示凸輪曲線的參數(shù)坐標(biāo)值如圖7所示。
圖6.變焦光學(xué)系統(tǒng)凸輪曲線圖
圖7.變焦光學(xué)系統(tǒng)凸輪曲線參數(shù)表

④ 五組元連續(xù)變焦系統(tǒng)各組分對像面偏移及補(bǔ)償?shù)年P(guān)系
五組元連續(xù)變焦系統(tǒng)各組分對像面偏移及補(bǔ)償?shù)年P(guān)系如圖8所示。
圖8.各組分對象面偏移的貢獻(xiàn)示意圖
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