书籍推荐－统一化光学建模设计与分析平台-VirtualLab快速入门

统一化光学建模设计与分析平台-VirtualLab快速入门（2014修订版）

序言

光学仿真已经是学术界和产业界普遍采用的产品设计技术，它能缩短原型(prototype)产品上市的时间和花费，可以说是各类光学系统产品研发商品化的促成科技(enabling technology)。更精确地说，光学仿真的核心技术在于以高速计算机计算能力，执行光线追迹(ray tracing)的功能，在产品实际开模制造前，就能预知所研发设计产品的性能，再比较产品需求规格，据以修正原始设计。本书即是教导如何使用德国LightTrans公司的VirtualLab软件，以进行光学仿真设计光学系统或产品。

市面上绝大多数的光学仿真软件，都是以计算机执行所谓的“光线追迹(ray tracing)”的算法则，这在符合“几何光学(geometrical optics)”假设的环境条件下，不失为一简单快速的光学设计模式。然而，随着近代光学系统产品的发展，许多的光学组件特质，已经由几何光学的范畴，逐渐进入“波动光学(wave optics)”的微小设计领域，例如太阳能电池表面微结构、LED照明微结构等等；这些设计挑战都接近无法以 “光线追迹(ray tracing)”算法得到精确的仿真结果。而VirtualLab软件结合了“光线追迹”和“场追迹(field tracing)”算法，能在所设计的产品尺度，接近或小于光源波长时候，还能保证仿真结果的精确性，这是VirtualLab相较于其他光学仿真软件所据有的独一无二的功能，此特性正在急遽发展的微结构光学设计领域，有其不可或缺的重要性。

德国在光学设计领域，一向执世界牛耳地位，由德国Jena大学教授Frank Wyrowski所发明的VirtualLabTM光学设计软件，更是世界级的精品软件。VirtualLab软件挟其独特“场追迹(field tracing)”算法，快速地每月软件功能更新的速度，成为唯一涵盖“几何光学”与“波动光学”的统一光学建模平台，此足以让光学设计领域的工程人员奉为圭宝，尤其能在红火发展的新能源、新光源产业，发挥光学设计能力不可或缺的工具。而工具的教导使用，如果能有好的教材相配套，当能发挥其“事半功倍”的效果，这是讯技公司数十年推广仿真软件的深切体认，所以由熟悉VirtualLab操作的资深工程师团队，编译完成此快速入门手册，希望以母语教导的方式，嘉惠更多光学设计工程师们，能更快、更广泛的来学习此一优异的光学设计软件。『利其器』的结果必能『善其事』，能有大量人才投入蓬勃发展的新光源、新能源光学设计领域，『量变生质变』，必然会产生好的设计，产出关键专利，因而增加产业与国家的竞争力。或能在不久的将来，与欧美日先进国家，同跻世界舞台，成为新能源、新光源光学设计的王国，当指日可待。

黄忠伟
台湾科技大学光电工程研究所
光电科技中心光电系统仿真设计实验室
2011 03 01

目录

序言 1
Preface 3
前言 5
第1章  VirtualLabTM概述 7
1.1 什么是VirtualLabTM？ 7
1.2 VirtualLabTM的安装与启动 12
第2章  VirtualLabTM的理论基础与基本设置 21
2.1 电磁简谐波场 21
2.2 传输算子 24
2.3 光源 27
2.4 光学元件 38
2.5 探测器 48
第3章  VirtualLabTM的基本操作 64
3.1 用户界面结构 64
3.2 光学系统的创建方法 67
第4章案例锦集 80
4.1 基本工具箱 80
4.1.1 Donut光源研究 80
4.1.2 通过ZEMAX优化的双胶合透镜对激光束的聚焦特性分析 91
4.1.3参数扫描（Parameter Run） 94
4.1.4飞秒激光脉冲的聚焦特性研究 100
4.1.5 迈克尔逊干涉仪 112
4.1.6 光的偏振态转换 116
4.2 光栅工具箱 118
4.2.1光栅内部场分析 118
4.2.2刻面倾斜的镀膜光栅分析 120
4.2.3 精确分析1:6分束器 127
4.3 衍射工具箱 130
4.3.1用于产生矩形漫射分布（平顶）的衍射光学元件的优化 130
4.3.2 2D光图标的衍射扩散器的优化 144
4.3.4 夫琅禾费衍射 153
4.4 激光谐振腔工具箱 156
4.4.1谐振腔本征模式分析 156
4.4.2谐振腔公差分析 159
4.4.3从LASCAD导入含有热透镜的谐振腔分析 162
后记 166

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