衍射分束器能够通过预先设置的功率比值将单束激光分割成多束，广泛应用于激光材料加工和光学计量等领域。但是由于非近轴、高数值孔径分束和衍射角所需的特征尺寸较小，这种器件的设计和优化可能具有难度。VirtualLab Fusion为光学工程师提供了几个工具来帮助他们完成这项任务。 为了说明一般工作流程，我们展示了两个案例：在第一个案例中，我们采用迭代傅里叶变换算法(IFTA)和基于薄元近似（TEA）的结构设计生成一系列分束器的初始设计，然

概述 激光在大气湍流中传输时会拾取大气湍流导致的相位畸变，特别是在长距离传输的激光通信系统中。这种畸变会使传输激光的波前劣化。通过在系统中引入自适应光学系统，可以对激光传输时拾取的低频畸变进行校正，从而显著提升传输激光的Strehl ratio。 图1.激光通信系统示意图 系统描述 本例介绍了大气湍流像差对应命令phase/random/kolmogorov以及自适应光学命令adapt的使用。大气湍流对于激光波前的影响可以采用Kolmogorov功率谱模型表征： 其中 是

对于杂散光分析，通常会使用“高级光线追迹”对话框，并选择“创建/使用光线历史文件”和“确定光路”选项。下面是对这两个选项的简要解释。 确定光线路径 选择此选项会使得FRED存储所有光路信息。这允许用户之后使用诊断工具，如光路追迹路径报告、杂散光报告、图像伪影诊断工具，以及在分析表面中使用射线选择过滤器。 创建/用户线光历史记录文件 此选项保存每条光线的每个交点的坐标数据，可以用于重新绘制选定路径的光线轨迹。通

摘要 由于相位和结构之间的直接关系，衍射分束镜通常采用一定的傍轴近似来设计，这些算法也提供了这种近似，反之亦然。在非傍轴或甚至高NA分束器的情况下，这些近似将引入一些不准确性，因此，如果不进行额外严格的后优化，至少建议进行严格的分析。在这个用例中，使用奇数衍射级对典型的二元1:6分束器执行这样严格的评估。为此，对初始系统的结构进行了参数化，并通过可编程光栅分析器定义了一组自定义的评价函数。对于参数优化和后

摘要 施密特-卡塞格林望远镜是业余天文望远镜中非常受欢迎的设计，因为它具有高对比度和低像差效应。它由施密特校正板和卡塞格林反射镜组成。卡塞格林反射镜由一个凹面主镜和一个凸面副镜组成，凹面主镜用于聚焦光线，凸面副镜用于将光线通过主镜上的一个孔重定向回去。即使短筒也可提供长焦距。施密特板本身是一个非球面透镜，用于校正球面像差。 建模任务 施密特校正板 主镜背面 反射镜正面 孔径 泽尼克&赛德尔像差探测器 总结 -

FDTD 时域有限差分数值模拟方法与应用光电 实例内容： （一）设置Pancharatnam–Berry型超构表面结构，单元旋向及位置 （二）传输型超构表面单元的结构扫描与选取 （三）传输型超构表面的相位分布设置 （四）通过相位叠加螺旋相位模拟生成漩涡光 （五）超构表面的透过率/聚焦效率的分析 （六）不同偏振态的光入射下，验证传输型超构表面偏振不敏感性 （七）利用脚本由近场计算远场 （八）利用脚本的导出结果及MATLAB结果分析—偏振转换效率计算

简介 FRED具备通过光学系统模拟光线偏振的能力。光源可以是随机偏振、圆偏振或线偏振。过滤或控制偏振的光学元件，如双折射波片和偏振片，可以准确的模拟。FRED偏振模型中一些简单例子包括吸收二向色性和线栅偏振片，方解石半波片，和马耳他十字现象。这些特性的每一个都可以应用到更复杂的光学系统中，如液晶显示（LCDs）、干涉仪和偏光显微镜。 波片模型 波片是由寻常光和非寻常光具有不同折射率值的材料制成。取向合适时，波片可以

摘要 为了详细分析光学系统的功能和能力，需要能够改变光学系统的参数。为此，VirtualLab Fusion的参数运行提供了多种选项和可以应用不同的变化策略。不同迭代的结果以方便紧凑的方式提供在参数运行文档中。在本用例中，我们提供了一个导出参数运行结果的工作流程。 此用例显示… …如何使用C#模块将参数运行文档的结果导出到硬盘上的特定位置。 表中提供了参数运行的结果。它们可以是不同的类型，例如。 •2D场或能量密度分布 •物理量的数

摘要 F-Theta 透镜通常用于Galvo类扫描仪的激光材料加工系统。 对于这样的镜头，聚焦点沿目标平面的位移与镜头焦距和扫描角度的乘积成正比。然而，没有完美的 F-Theta 系统，因此在任何给定的系统中都会出现与理想行为的偏差。 借助快速物理光学建模和设计软件 VirtualLab Fusion 中的扫描源，我们通过测量不同角度下实际光斑位置与期望值之间的偏差来分析给定 F-Theta 透镜的性能。 任务描述 系统构建模块 - 扫描光源 可以使用扫描光源定义生成一组在

人们构想大量不同的策略来替代随机纹理，用来改善太阳能电池中的光耦合效率。虽然对纳米光子系统的理解不断深入，但由于缺乏可扩展性，只有少数提出的设计在工业被上接受。在本应用中，一种定制的无序排列的高折射率介质亚微米量级的二氧化钛(TiO2)圆盘作为标准异质结硅太阳能电池的抗反射惠更斯超表面在试验中进行开发。无序阵列使用基于胶体自组装的可伸缩自下而上的技术制造，该技术几乎不考虑设备的材料或表面形态。我们观察到，

简介 FRED能够提供用户有关通过光机系统任意鬼像和散射路径的详细情况。我们简单地设置光学和机械的物理属性 (涂层、材料、散射模型等)，设置一个合适的光源，并且让FRED记录下在光线追迹时系统所有唯一的路径。当光线追迹完成时，我们可以对光线追迹的路径进行后期处理，来提取出与我们系统相关的路径。 然而，假设我们对于表征一个光学系统中的初级鬼像路径很感兴趣，或者我们的系统没有完全的开发或改进，来保证一个长的多阶次的杂

摘要 F-Theta 透镜通常用于Galvo类扫描仪的激光材料加工系统。 对于这样的镜头，聚焦点沿目标平面的位移与镜头焦距和扫描角度的乘积成正比。然而，没有完美的 F-Theta 系统，因此在任何给定的系统中都会出现与理想行为的偏差。 借助快速物理光学建模和设计软件 VirtualLab Fusion 中的扫描源，我们通过测量不同角度下实际光斑位置与期望值之间的偏差来分析给定 F-Theta 透镜的性能。 任务描述 系统构建模块 - 扫描光源 系统构建模块 – 镜头系统组件 Virt

前言 现代光学系统包含了不同类型的光学元件，如折射、衍射、微透镜阵列、光栅以及全息和自由曲面等；元件尺寸的跨度可能从纳米量级到米量级。同时，系统的光源也可能是不同的类型，如连续光源或脉冲光源、相干或部分相干光源等。有效的光学模拟需要对复杂光学系统中的光源及光学元件精确建模，从而实现各种光学效应的仿真再现，如干涉、衍射、相干、偏振以及矢量效应等。 现代光学建模技术包含了几何光学和物理光学两大领域，几何

1. 建模任务 堆栈结构 2. 建模过程 2.1使用TechWiz Layout绘制各层掩模版平面图 2.2创建堆栈结构，并生成3D结构 2.3 使用TechWiz LCD 3D进行各项参数计算 3. 结果分析 3.1 LC分析 液晶指向矢分布（Voltage=7v） 二维截面提取 3.2光学分析 透过率图 透过率极坐标图 3.3颜色/图像分析 不同视角下图像再现 3.4 RC提取

摘要 Ince-Gaussian模是继Hermite -Gaussian和Laguerre -Gaussian模之后的第三个完整的近轴波动方程精确正交解族。Ince-Gaussian模有不同的横断面图样。本文遵循Chu等[Opt. Express 16, 19934-19949(2008)]的步骤，利用嵌入Dove棱镜的非平衡Mach-Zehnder干涉仪模拟了基于Ince-Gaussian模的涡旋阵列激光光束的生成。所提出的干涉装置产生的涡旋阵列激光光束在传播过程中和焦点都可以保持其光束轮廓。因此，所提出的涡旋阵列激光光束以二维阵列的形式应用于光镊和原子阱中，具有

LC透镜由于具有体积小、焦距可变等优点，在光学系统中被认为是一个很有前途的研究领域。 由于LC材料的折射率可以通过施加电压来调节，因此可以在有限的空间内改变焦距。在LC透镜结构中，可以通过TechWiz Ray 2D进行光程差和焦距的计算，并进行高级LC分析，包括LC指向矢随外加电压的分布。 1. 建模任务 1.1 模拟条件 模拟区域：0~200 边界条件：Periodic 偏移角度：0° 单位长度：0.5 1.2堆栈结构 2. 建模过程 2.1创建堆栈结构 2.2修改各层参数和创建掩膜 3.

图1.菲涅尔透镜结构形式 菲涅尔透镜是一种利用多层环形圆锥表面构成的特殊面型结构，用以使光线按预定会聚角会聚的光学元件，他等效于一个球面透镜，如图2所示。菲涅尔透镜多用于要求结构简单的大孔径非成像系统，特别是照明系统更为常见。这类系统往往只需要一个单片透镜，工艺简单可以模压成形。在对该类透镜初始结构设计时利用 OCAD 程序也非常简单。只要在数据表格中的“表面面型”栏内选择“菲涅尔面”，接着界面会出现菲涅尔面

光镊是一种科学仪器，它利用高度聚焦的光束在亚微观水平上操纵物体，可以用来抓取单个细胞或分子，因此在生物学、医学和纳米化学中有许多应用。 为了确保这些设置的正常功能，所用光束在整个聚焦过程中需要具有稳定的结构。虽然多种不同的基本高斯模式，Hermite或Laguerre高斯模式是该任务的良好选择，但Chu等人首先提出的设置[Opt. Express 16, 19934-19949(2008)]使用了Ince高斯光束，因为它们能够创建日益复杂的稳定2D光图案。 在快速物理光学建模和

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摘要 耦合光栅通常用于将期望视场（FOV）内的光发射到光导结构中，VirtualLab Fusion可用于研究此类耦合光栅的性能。在所有期望角度上获得均匀的耦合效率是一项具有挑战性的任务，来自Dynardo的软件optiSLang通过使用VirtualLab Fusion的严格光栅分析工具作为计算内核，提供了执行此类优化任务的有效方法。 优化任务 优化工作流程 应用以下优化工作流程来设计用于有效光导耦合的二元光栅 1. 定义输入 2. 执行仿真 3. 计算输出 4. 检查目标 5. 执行优化 根据优

摘要 现代光学系统的优化一般会涉及到大量的参数，例如：优化光栅时不仅需要考虑光栅的几何参数，还有所需的入射方向。随着参数数量的大量增加，优化越来越具有挑战性。对于这种情况，VirtualLab Fusion提供了与Dynardo的optiSLang软件的接口，可以使用不同的高级优化算法。 VirtualLab Fusion和optiSLang的界面 VirtualLab Fusion是一种灵活且可定制的建模工具平台，可以仿真复杂的光学装置，例如：将一组平面波耦合入光波导。 optiSLang是一种包含各种高级工具

摘要 VirtualLab可以用于分析任意类型的光栅。由于在复杂光学设置中倾斜结构的光栅越来越重要，所以软件中也加入了倾斜光栅的模型。倾斜光栅建模为特殊的光学介质，可以多样化地定义其几何形状。此外，几种高级规范选项也可以在软件中实现，例如添加完整和部分涂层。这个用例解释了可用的配置选项，并讨论了它们对光栅几何形状的影响。 介质目录中的倾斜光栅介质 可以在VirtualLab内嵌的介质目录中找到内置倾斜光栅介质。 可以使用它设置复

摘要 已知倾斜光栅具有将衍射光聚焦到特定级次的能力。 因此，通常用于将光耦合到光导中。 在VirtualLab Fusion中，不仅可以严格分析倾斜光栅，还可以对其进行设计。 此外，通过将VirtualLab与来自Dynardo的软件optiSLang结合使用，可进一步实现光栅结构的优化，以在期望的视场（FOV）内耦合光。 优化任务 优化流程 •采用以下优化工作流程设计倾斜光栅，实现高效光导耦合： 1.定义输入及其范围，从参考输入组合开始 2.通过多次模拟执行优化 3.计算相应

摘要 可以衡量给定结果与参考结果的准确性是科学和工程学的基本特征。在这个用例中，在VirtualLab Fusion中展示了一个自定义模块的例子，该模块允许用户计算光场模式相对于另一个的标准差。该模块允许用户从会话中的打开文档中选择两个光场，并在消息选项卡中生成结果。 编写模块计算标准差 编写模块计算标准差 编写模块计算标准差 编写模块计算标准差 编写模块计算标准差 编写模块计算标准差 编写模块计算标准差 编写模块计算标准差

概述 本例展示了更短波长的泵浦光对种子光进行拉曼放大的过程。泵浦光波长为1.06μm，种子光的波长是1.54μm。泵浦光和种子光都是带像差的。种子光穿过一个空间滤波器，使光束在一定程度上得到了净化。种子光和泵浦光合束后穿过一个拉曼放大器。放大器通过拉曼效应将泵浦光转化为种子光。放大后的种子光输出经过柱透镜聚焦成为一条焦线。上述拉曼放大过程的示意图如下所示： 图.拉曼放大过程示意图 系统描述 本例介绍了拉曼放大过程对应

摘要 在VirtualLab Fusion中，用户可以在光学表面定义任意区域。光栅界面/堆栈可以添加到这个区域内。为了在区域内简便地定义光栅的方向，可以使用两个角度：“指向（关于z轴旋转）”和“关于y轴旋转180”。这个用例展示了如何设置这两个角度去控制某个区域内光栅的方向。目前仅在Waveguide工具箱中支持光栅区域的设置。 建模任务 在一个表面的光栅区域中定义光栅方向，使用了“ ─ 指向（关于z轴旋转），使用锯齿光栅说明。 ─ 关于y轴旋转180，

摘要 当用近轴光照明时，亚波长光栅仅产生一个衍射级，因此在这种情况下无法成图像。为了克服这一问题，可以使用非傍轴照明。如在此示例中，采用高NA聚光透镜来为具有不同周期的光栅提供高度聚焦的照明，并且该衍射场将由另一个高NA物镜采集。VirtualLab可以模拟这样的成像过程，包括使用傅立叶模态法对亚波长光栅进行严格模拟。 1. 建模任务 2. 结果 3. 文件和技术信息

脑海突然涌现一个很有趣的想法“隐蔽观察者” 隐蔽观察者：指一个虚无的人来观察，通常那个人是内心自己的想法。 举例说明：薛定谔的猫，猫可能处于死或者不死的叠加状态，这对于现实生活是不可能的。但如果一开始，弄一个密封空间的时候，我不告诉任何人自己偷偷摸摸安装了一个极其细微的摄像头，没人知道自己也没表达，连猫都不知道再进行这个实验，再来让众人猜测，有意思的事情发生了，很多人可能猜得到，但也只是猜的，但我一

干涉测量是用于精确测量中最广泛应用的技术之一。通过观察和研究条纹图案，可以判断表面形状质量或关于光谱带宽的仪表信息。利用VirtualLab Fusion中非序列场追迹技术，可以轻松地设置和分析光学干涉仪。在这里提出两个经典的基于迈克尔逊干涉仪的例子：一个高质量相干激光光源，另一个宽带白光光源。 基于激光的迈克尔逊干涉仪 借助VirtualLab Fusion中非序列追迹技术建立了该迈克尔逊干涉仪，并展示了不同配置中的干涉条纹。 白光迈克尔逊干

摘要 白光干涉测量法是一种非接触式技术，用于精确测量，例如表面轮廓和微小位移。使用迈克尔逊干涉仪设置和氙灯光源，在VirtualLab Fusion中演示了白光干涉测量。考虑到光源的光谱特性，即有限的相干长度，结果显示仅当两个臂的路径长度几乎相同时才出现干涉图案。 1. 建模任务 2. 干涉条纹的变化 3. VirtualLab Fusion概览 4. VirtualLab Fusion中的工作流程 设置输入场 定义组件的位置和方向 正确设置通道以进行非顺序跟踪 使用参数运行检查影响/变化 5. V

是因为镜片对不同方向光线作用不同，还是因为镜片是曲面导致对称性不一样，还是什么其它原因呢

摘要 最简单的光学标准具是具有平行表面的透明板。这种结构形成了谐振器，并且透射率和反射率随着标准具的厚度而变化。除了最简单的结构外，还有其他结构的标准具，例如：非平行表面和曲面，被设计用于不同的应用。利用非序列场追迹技术，分析了几种标准具的配置，并研究了输出干涉条纹的差异。 建模任务 建模任务 平行平面-平面 倾斜平面-平面 柱面-平面 球面-平面 走进VirtualLab Fusion VirtualLab Fusion中的工作流程 •使用界面构造组件 •设

超短激光脉冲在高精度材料加工具有很好的开发前景。然而，由于超短持续时间对应着宽频谱，这种脉冲会变宽。对于超短脉冲的应用来说，重要的是了解脉冲展宽的机制，甚至是控制脉冲展宽。作为示例，我们演示了材料色散和衍射光栅如何影响脉冲性能。 色散介质中的脉冲展宽 我们研究了在给定材料中传播的超短脉冲的展宽与该材料色散之间的关系。 用于超短脉冲的光栅展宽器 我们建立了一个由两个衍射光栅组成的脉冲展宽器，研究了脉冲与

摘要 最简单的光学标准具是具有平行表面的透明板。这种结构形成了谐振器，并且透射率和反射率随着标准具的厚度而变化。除了最简单的结构外，还有其他结构的标准具，例如：非平行表面和曲面，被设计用于不同的应用。利用非序列场追迹技术，分析了几种标准具的配置，并研究了输出干涉条纹的差异。 建模任务 建模任务 平行平面-平面 倾斜平面-平面 柱面-平面 球面-平面 走进VirtualLab Fusion VirtualLab Fusion中的工作流程 •使用界面构造组件 •设

超短激光脉冲在高精度材料加工具有很好的开发前景。然而，由于超短持续时间对应着宽频谱，这种脉冲会变宽。对于超短脉冲的应用来说，重要的是了解脉冲展宽的机制，甚至是控制脉冲展宽。作为示例，我们演示了材料色散和衍射光栅如何影响脉冲性能。 色散介质中的脉冲展宽 我们研究了在给定材料中传播的超短脉冲的展宽与该材料色散之间的关系。 用于超短脉冲的光栅展宽器 我们建立了一个由两个衍射光栅组成的脉冲展宽器，研究了脉冲与

生物医学光子学已成为多学科交叉和高速发展的领域，也是生命科学和医学成像等重要 学科前沿领域研究的重要组成部分。生物医学光子学作为一门新兴的交叉学科，近年来的发 展已经渗透到生物物理、生物化学、分子生物学和细胞生物学等生命科学的前沿领域，成为 与人类医疗健康息息相关的重要研究手段。 从无创手术到超灵敏的诊断仪器，光子器件在当今的生物医疗产业中扮演着不可或缺的 角色。在过去的 25 年里，只有借助先进的软件工具和

概述 光学参量放大（OPA）涉及三波转换过程、单轴晶体中的双折射现象、k矢量的相互作用以及色散效应等。OPA的基本方程是用来描述泵浦光Ep，信号光Es以及闲频光Ei之间相互作用的方程组： 以上公式都不含时间变量，并假设三波的频率之间满足下述等式： 上述方程必须与分步衍射传输方程同时求解。 仅当△k.z=0时，三波之间才会发生强耦合作用。当色散能够补偿k矢量失配时上述条件得以满足。但是k矢量失配会导致光束的横向剪切，引起效率降低。

尽管FRED严格坚持OpenGL标准，渲染模式的质量根据所使用的驱动程序会发生变化。如果遇到视频（video）相关的问题，建议采用如下方法解决： 1.设置像素格式为“safe” 打开FRED Preferences对话框中的Visualization栏，即 Menu > Tools > Preferences > Visualization 在“Pixel format” 选项, 设置为 “Safe” 2.选择一个新的硬件渲染模式 在FRED安装目录中浏览选择文件夹 …/Utilities/GLView 运行GLView.exe 找到这样一种模式，字母不闪烁并平滑滚动 在FRED Preferences对话框中的Vis

衍射元件在各种现代光学应用中展现了巨大的潜力。VirtualLab Fusion 在2019夏季发布的版本中，为衍射透镜的设计与分析提供了完整的工作流程。由波前位相响应函数的设计着手。该函数的设计也可以从Zemax OpticStudio®导入。然后将实际的微结构透镜表面包含到模型中，并支持导出透镜结构进行加工。作为示例，演示了一个眼内衍射透镜的设计与分析过程。 眼内衍射透镜的设计与分析 我们将展示如何将ZemaxOpticStudio®中设计的人工晶状体衍射镜片导入VirtualL

具有直壁或倾斜侧壁的二元光栅已成为许多光学应用中的关键部件。 感谢纳米压印技术，使小尺寸的光栅的制造已经变得可行。 VirtualLab Fusion采用内置的傅里叶模态方法（FMM，也称为RCWA）和不同的优化算法，为二元光栅提供了完整的用户友好的设计工作流程，和随后的制造误差分析，如圆边效应。 高效偏振无关透射光栅的分析与设计 我们演示了如何严格分析二元光栅的偏振相关特性; 以及如何优化二元结构以获得高偏振无关的衍射效率。 倾斜光栅

构成光学系统最基础的结构单元都离不开单透镜、胶合透镜以及各种形式反射棱镜的组合。所有的光学系统进行初始设计阶段都必然要从该类结构单元设计为起点。其中透镜单元中最基础的则是单透镜、双胶合透镜以及由单透镜和双胶合透镜组成的单透镜—双胶合透镜或双胶合透镜—单透镜组合等几种常见的结构形式。在选择“系统结构单元初始设计”的菜单后出现的小窗体内有一个书签式选项选择上述五种透镜的设计选项，如图1所示。 图1 透镜初

摘要 光纤可以没有损耗地长距离传输光的能力，是使它们成为如此受欢迎元件的特点之一。然而，光纤的耦合效率通常对系统对准极为敏感，尤其是对于纤芯直径相对较小的单模光纤。这个例子选择了一个设计良好的光纤耦合透镜，并根据不同的容差因素来评估耦合效率，例如光纤末端位置的偏移和耦合透镜的倾斜。 建模任务 导入透镜文件 光纤耦合效率探测器 参数运行 总结 – 元件… 耦合效率与光纤末端位置偏移 耦合效率与耦合透镜倾斜 VirtualLab

构成光学系统最基础的结构单元都离不开单透镜、胶合透镜以及各种形式反射棱镜的组合。所有的光学系统进行初始设计阶段都必然要从该类结构单元设计为起点。其中透镜单元中最基础的则是单透镜、双胶合透镜以及由单透镜和双胶合透镜组成的单透镜—双胶合透镜或双胶合透镜—单透镜组合等几种常见的结构形式。在选择“系统结构单元初始设计”的菜单后出现的小窗体内有一个书签式选项选择上述五种透镜的设计选项，如图1所示。 图1.透镜初

VirtualLab FUSION 7.6.1软件安装包技术交流

VirtualLab FUSION 7.6.1软件安装包不限电脑，免狗使用基于场追迹的物理光学设计分析软件版本内的编程模块都可以使用可以保存，不限次数，提供安装/技术支持需要

对于IPS、FFS等结构来说，其像素电极和公共电极在同一平面，因此不能用TechWiz LCD 1D软件来仿真，需要至少能进行2维模拟的软件，本案例使用TechWiz LCD 2D来模拟一下单畴IPS结构。 1. 建模任务 1.1 模拟条件 模拟区域：0~10um 边界条件：Periodic 偏移角度：0° 单位长度：0.5um 1.2堆栈结构 2. 建模过程 2.1创建堆栈结构 2.2修改各层参数和创建掩膜 3. 结果分析 3.1 指向矢分布和透过率 3.2V-T曲线 3.3不同电压透过率图