VirtualLab™5 -统一化光学建模设计与分析平台--讯技光电科技

VirtualLab™5-统一化光学建模设计与分析平台

VirtualLab™5是德国LightTrans开发的一款新型的光学仿真和模拟软件。它是一个统一化光学建模与分析的平台，采样场追迹（field tracing）的概念通过求解电磁场来表征光学性能。基于电磁场核心理论，场追迹的方法理论上能将所有的建模技术统一起来，包括从几何光学到物理光学，从光线追迹到菲涅尔近场积分的无缝结合。
VirtualLabTM5可用的光源从X光到红外，从相干到非相干，从偏振到非偏振，从连续到脉冲，从窄带到宽带。可用的元件包括理想元件，常用光学元件，任意光滑曲面元件，微结构元件，多阶面元件，微光学器件等。可用的探测器包括针对振幅和相位，偏振与琼斯矩阵，偏振度与相干度，坡印廷矢量与能流，脉宽与啁啾等物理量进行探测的二十多种探测器与分析仪。针对光学系统中用到的各类光学组件，建立了包括光源、传递函数、边界响应、镀膜、元器件、界面、材料、传输介质、堆栈等庞大的数据库。
VirtualLabTM5统一的建模方法包括几何光学，平面波谱法，菲涅尔近场积分，夫琅禾费远场积分，傅里叶模式方法（FFM），光束传播方法（BPM），ABCD矩阵，薄元近似（TEA），有限元方法（FEM）等。

VirtualLab™5针对不同的领域开发出五大工具箱，分别为基本工具箱，衍射光学工具箱，光栅工具箱，激光谐振腔工具箱，照明工具箱。

基本工具箱（Starter Toolbox）
可以对激光、微光学系统、衍射系统、干涉仪、成像与照明系统进行仿真。光学系统中可包含所有光学元件。VirtualLabTM提供参数优化功能，在优化过程中会综合考虑衍射、干涉、偏振效应及像差。
VirtualLab™可自定义光源、光学表面、介质折射率、探测器等，支持二次开发，并与多种软件兼容，可方便导入Matlab、Zemax、Lascad、Macleod等软件数据。

衍射光学工具箱（Diffractive Optics Toolbox）
可进行包括衍射光分束器、整形器和扩散器的衍射光学元件（DOE）设计。得到具有直观的高度轮廓分布的相位板，或称为计算全息图，kinoforms。
VirtualLabTM主要采用迭代傅里叶变换算法（IFTA）进行优化，并提供便捷的会话编辑模式（Session Editor）进行扩散器和分束器的设计。
衍射分束器可将一束激光分为一个相邻光斑等距的光束阵列，可以做出任意图样的二维点阵光标。整形器可以通过衍射或折射的方式将相干高斯光源整形为一维和二维平顶型光强分布，或将任意的输入场整形为任意形式的输出场。扩散器可以将相干高斯光源散射为规则或任意的二维图样。

光栅工具箱（Grating Toolbox）
基于傅里叶模式方法（FMM）的光栅工具箱可以对二维、三维光栅，以及从纳米（亚波长）到毫米级的光子晶体进行精确的电磁场分析。
VirtualLabTM支持自定义光栅结构，包括轮廓、堆栈及介质折射率的调制。可以分析衍射效率（透射效率、反射效率和吸收率）、偏振、近场效应及光栅内部场。优化功能可以对光栅进行全局和局部优化，由参数分析可以得到公差容限。

激光谐振腔工具箱（Laser Resonator Toolbox）
可以对线型腔、环形腔进行建模，能分析稳定腔的本征模，包括基模和高阶模。VirtualLabTM可模拟含微结构和衍射光学元件、折射率调制的工作介质（热透镜）的谐振腔并能分析任意结构谐振腔的基模，由公差模拟还可判断谐振腔稳定性。
谐振腔本征模算法包括Fox-Li算法和Arnoldi算法，通过不同的循环次数都能得到收敛的结果，其中Arnoldi算法可以计算高阶模。输出光束参数包括光斑半径、束腰半径、M2值等。
支持LASCAD文件导入。
照明工具箱（Lighting Toolbox）
场追迹的方法分析设计照明系统，可以有效应用微结构和衍射光学，使得设计LED（或其他大角度辐射的光源）光整形和均匀化的紧凑照明系统更加灵活。
照明工具箱主要使用基于光栅、平面镜或透镜阵列的光束整形概念。阵列的每个单元使光线朝特定方向传播，在目标平面上成像为一个光斑，所有阵列单元的成像光斑一起形成预期的模式。
分析设计过程中，VirtualLabTM会考虑光线的反射、折射及干涉效应。
可对光源的参数进行调制，包括颜色、时间和空间相干度及偏振等。

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