VirtualLab Fusion原理(lǐ)簡介
VirtualLab Fusion是德國LightTrans公司以場(chǎng)追迹概念開(kāi)發出來(lái)的一款高(gāo)速物理(lǐ)光學仿真平台，其集成了從幾何光學到物理(lǐ)光學、從近似到嚴格的各種麥克斯韋方程求解器(qì)，如LPIA（局部平面界面近似）、LLGA（局部線性光栅近似）、RK-BPM（龍格庫塔光束傳輸方法）、TEA（薄元近似）、FMM/RCWA（傅裏葉模态發/嚴格耦合波法）等，能夠對如幾何透鏡、自由曲面、衍射透鏡、全息元件、GRIN透鏡以及光栅和(hé)Meta-Grating等各類元件進行(xíng)仿真和(hé)分析，以及如Geometric（幾何）、SPW（平面波譜）、Fresnel（菲涅爾）、Far Field（遠場(chǎng)）、Rayleigh Sommerfeld（瑞利索墨菲）等，能夠對各種自由空(kōng)間(jiān)傳輸進行(xíng)計(jì)算(suàn)。同時(shí)，VirtualLab Fusion還(hái)提供了三種傅裏變換方法，包括FFT（快速傅裏葉變換）、Semi-Analytical FT（半解析傅裏葉變換）以及Pointwise FT（逐點傅裏葉變換）。對于包含各類光學元件的整個(gè)複雜的光學系統，通(tōng)過非序列追迹功能，将所需的求解器(qì)連接起來(lái)，并通(tōng)過選擇合适的傅裏葉變換方法，以在空(kōng)間(jiān)域或者空(kōng)間(jiān)頻率域進行(xíng)光場(chǎng)傳輸計(jì)算(suàn)，從而能夠在保證計(jì)算(suàn)精度的情況下，更快的完成整個(gè)系統的仿真和(hé)分析，以實現高(gāo)速物理(lǐ)光學仿真。在整個(gè)仿真過程中，會(huì)考慮各種物理(lǐ)光學效應，如幹涉、衍射、像差、偏振、相幹以及矢量效應等。
集成了各類麥克斯韋方程求解器(qì)
通(tōng)過連接各種場(chǎng)求解器(qì)以實現高(gāo)速物理(lǐ)光學建模
功能特性
作(zuò)為(wèi)全球唯一一款基于場(chǎng)追迹概念來(lái)開(kāi)發的高(gāo)速物理(lǐ)光學仿真軟件，VirtualLab Fusion為(wèi)用戶提供了光學建模和(hé)仿真所需的各種功能和(hé)特性：
• 光線追迹和(hé)光場(chǎng)追迹，兩者可(kě)以一鍵切換；
• 序列和(hé)非序追迹；
• 用戶可(kě)自定義選擇從幾何到物理(lǐ)、從近似到嚴格各種光學建模技(jì)術(shù)；
• 用戶可(kě)自定義選擇FFT（快速傅裏葉變換）、Semi-Analytical FT（半解析傅裏葉變換）以及Pointwise FT（逐點傅裏葉變換）；
• 豐富的庫系統，包括光源庫、元件庫、界面庫、介質庫、材料庫、探測器(qì)庫等九大(dà)庫系統，能夠快速的完成系統的建模；
• 參數(shù)掃描和(hé)參數(shù)優化，可(kě)對系統進行(xíng)公差分析以及優化；
• 多(duō)軟件接口，如Macleod、LASCAD、ZEMAX、JCM Suit等；
• 可(kě)導出多(duō)種格式結構，如GDSII、STL、IGES、ASCII、Bitmap等；
• 跨平台聯合仿真和(hé)優化，如MATLAB、OptiSlang、Python等；
• 基于C#語言進行(xíng)二次開(kāi)發；
應用領域
VirtualLab Fusion能夠實現高(gāo)速物理(lǐ)光學的建模和(hé)仿真，已廣泛的應用于高(gāo)校(xiào)、研究所以及各知名光學企業。其主要應用領域如下：
1. 光束整形
VirtualLab Fusion能夠使用自由曲面，衍射光束分束器(qì)與圖案生(shēng)成器(qì)，擴散器(qì)和(hé)常規陣列微光學元件（包括但(dàn)不局限于微透鏡陣列）實現光束整形。
1) 折射光束整形
2) 衍射光束整形
3) 擴散片
4) 微透鏡陣列和(hé)微結構單元陣列
SLM像素處衍射效應仿真和(hé)分析
2. 光學測量
通(tōng)過高(gāo)速物理(lǐ)光學，對幹涉儀、光譜儀和(hé)傳統式或結構照明(míng)式顯微鏡的成像質量與分辨率限制(zhì)進行(xíng)全面的研究。
1) 幹涉儀
2) 顯微鏡
3) 單色儀
4) 光譜儀
對包含光栅的車(chē)尼爾-特納系統進行(xíng)分析
3. 微納光栅
通(tōng)過高(gāo)速物理(lǐ)光學，可(kě)以對1D和(hé)2D微納光栅進行(xíng)嚴格的電(diàn)磁分析，獲得(de)相應的近場(chǎng)、衍射級次以及衍射效應，同時(shí)能夠對光栅進行(xíng)優化，以獲得(de)所需要光栅結構參數(shù)并集成到整個(gè)光學系統中進行(xíng)分析。
1) 1D和(hé)2D介質光栅
2) 1D和(hé)2D界面光栅
3) 衍射級次計(jì)算(suàn)、偏振分析以及內(nèi)部場(chǎng)計(jì)算(suàn)
4) 優化
傾斜光栅的優化
4. 成像系統
通(tōng)過高(gāo)速物理(lǐ)光學，實現透鏡系統建模。提供對包含鬼像和(hé)部分相幹性的系統的可(kě)靠的PSF / MTF評估。系統中可(kě)以包含光栅，全息光學元件以及衍射透鏡。
1) 衍射透鏡
2) 高(gāo)級PSF/MTF
3) 鬼像
4) 包含光栅的成像系統
基于高(gāo)NA物鏡對微結構晶圓進行(xíng)成像檢測
5. 激光系統
高(gāo)速物理(lǐ)光學可(kě)以有(yǒu)效地實現對激光光源、衍射、幹涉、偏振的建模，并且可(kě)以使用任意感興趣的光束參數(shù)。
1) 激光傳輸
2) 掃描系統
3) 飛秒(miǎo)脈沖
4) 激光晶體(tǐ)
激光掃描系統的建模和(hé)仿真
6. 虛拟和(hé)混合現實
針對AR,VR以及MR應用，VirtualLab Fusion為(wèi)用戶提供了多(duō)通(tōng)道(dào)波導成像系統的非序列建模技(jì)術(shù)，建模過程中能夠對波前差、能流以及PSF/MTF進行(xíng)評估。
光波導全視(shì)場(chǎng)角光線追迹
典型應用示例
1. 基于各種幹涉儀的測量系統仿真和(hé)分析
2. 基于錐透鏡生(shēng)成無衍射貝塞爾光束
3. 包含光栅的複雜光學系統仿真和(hé)分析
4. 光纖耦合系統的設計(jì)和(hé)優化
5. 基于表面光栅的光波導結構模拟與設計(jì)
6. 基于VCSEL陣列的點陣投影(yǐng)儀的人(rén)臉識别系統
7. 超表面結構的設計(jì)和(hé)優化
8. 非周期性微透鏡陣列整形
9. 衍射透鏡的設計(jì)和(hé)分析
10. 跨平台聯合仿真與優化
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