切換到寬版
  • 廣告投放
  • 稿件投遞
  • 繁體中文
    • 767閱讀
    • 0回復

    [產品]Virtuallab Fusion物理仿真工具書 [復制鏈接]

    上一主題 下一主題
    離線infotek
     
    發(fā)帖
    5414
    光幣
    21250
    光券
    0
    只看樓主 倒序閱讀 樓主  發(fā)表于: 2023-03-20

    前言

    在物理光學中,認為光是一種電磁波。在光的電磁場理論基礎上,研究光在介質中的傳播規(guī)律,如光的干涉、光的衍射、光的偏振等物理現(xiàn)象,進而研究這些規(guī)律和現(xiàn)象的應用。它是一門經典理論與近代技術相結合的應用性很強的課程。由于學習物理光學需要具備較強的數(shù)學理論功底,并且對于物理光學中的概念和相關物理現(xiàn)象很難把握,因此使用物理光學仿真平臺搭建物理實驗模型,可以幫助學生更好的理解相關實驗內容和實驗現(xiàn)象。

    現(xiàn)代光學建模技術包含了幾何光學和物理光學兩大領域,幾何光學以費馬原理為基礎,通過折反定律來進行光線追跡,能夠快速實現(xiàn)整個系統(tǒng)地仿真,但忽略了衍射和矢量等波動光學效應;物理光學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系統(tǒng)進行求解,從而獲得完整的電磁場信息,但由于計算量大而無法對整個復雜系統(tǒng)進行仿真。

    為了滿足現(xiàn)代光學系統(tǒng)的建模需求,德國耶拿大學Prof. Wyrowski Frank開發(fā)了高速物理光學仿真軟件——VirtualLab Fusion,它利用先進的計算機數(shù)值模擬技術將物理光學中眾多具有復雜、抽象概念的實驗,通過簡單的流程圖操作形式進行建模,將物理實驗中不易得到的結果通過仿真展現(xiàn)出來,使得用戶可以脫離復雜、煩瑣的實驗搭建過程,從而更加直觀、方便的感受物理光學實驗中的各種光學現(xiàn)象,幫助用戶準確理解物理光學的核心內容。

    VirtualLab Fusion軟件當中集成了從幾何光學到物理光學的各種建模技術,如幾何光學算子、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典場追跡,從物理光學角度進行快速地仿真;也可以使用傳統(tǒng)的光線追跡,對系統(tǒng)進行分析。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)進行求解,之后通過序列或非序列方式將各個區(qū)域連接起來,從而達到對整個系統(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現(xiàn)不同類型光場在時間域與頻率域間的快速轉換,這也進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習需求,訊技特推出了《VirtualLab Fusion物理光學實驗教程》書籍,書中既包含了物理光學理論的介紹,又包含了大量逐步講解的實用案例,包羅了物理光學當中干涉、衍射、晶體、偏振及傅里葉光學等方面的基礎物理實驗的詳細操作過程。

    期望通過此書,能夠幫助用戶更好的理解物理光學基礎概念和實驗現(xiàn)象,并且可以學習和掌握VirtualLab Fusion軟件,享受其為光學建模和仿真所帶來的便利與樂趣。

    感謝訊技的工程師團隊在此書的編撰過程中所付出的努力,由于時間有限,書中難免會有不足之處,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,可隨時與我們聯(lián)系。

    目錄

    第一章 物理光學概念介紹 6

    1.1 幾何光學和光線追跡 6

    1.2 物理光學和光場追跡 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 13

    第二章 光的干涉及干涉系統(tǒng)建模仿真 15

    2.1  牛頓環(huán)模擬仿真 15

    2.1.1 牛頓環(huán)反射系統(tǒng)預覽 15

    2.1.2 光源-平面波 15

    2.1.3 牛頓環(huán)參數(shù) 15

    2.1.4 模擬仿真步驟 16

    2.1.5總結 23

    2.2  Fabry-Pérot標準具干涉 23

    2.2.1 F-P標準具系統(tǒng)預覽 24

    2.2.2 光源-球面波 24

    2.2.3 F-P標準具參數(shù) 24

    2.2.4 球透鏡參數(shù) 25

    2.2.5 模擬仿真步驟 26

    2.2.6總結 38

    2.3  斐索干涉儀 38

    2.3.1 斐索干涉儀系統(tǒng)預覽 38

    2.3.2 光源-球面波 39

    2.3.3 準直透鏡參數(shù) 39

    2.3.4 光束分束器參數(shù) 40

    2.3.5 參考面參數(shù) 40

    2.3.6 測試面參數(shù) 41

    2.3.7 成像透鏡 43

    2.3.8 模擬仿真步驟 43

    2.3.9總結 53

    2.4  楊氏雙縫干涉 54

    2.4.1 楊氏雙縫干涉系統(tǒng)預覽 54

    2.4.2 光源-高斯波 54

    2.4.3 雙縫-可編程元件 55

    2.4.4 模擬仿真步驟 55

    2.4.5總結 59

    2.5 剪切干涉儀 59

    2.5.1 入射面基本參數(shù) 60

    2.5.2 準直擴束基本參數(shù) 60

    2.5.3 剪切平板基本參數(shù) 61

    2.5.4 模擬仿真步驟 61

    2.5.5 總結 69

    2.6 馬赫-曾德爾干涉儀 70

    2.6.1 馬赫-曾德爾干涉儀系統(tǒng)預覽 70

    2.6.2 光源基本參數(shù) 70

    2.6.3 擴束器參數(shù) 71

    2.6.4 相位延遲元件 71

    2.6.5 球透鏡基本參數(shù) 72

    2.6.6 模擬仿真步驟 73

    2.6.7 總結 82

    2.7 邁克爾遜干涉儀 83

    2.7.1 邁克爾遜干涉儀預覽 83

    2.7.2 光源-高斯光 83

    2.7.3 分束器元件參數(shù) 84

    2.7.4 反射鏡基本參數(shù) 84

    2.7.5 模擬仿真步驟 85

    2.7.6 總結 92

    第三章 光的衍射及衍射系統(tǒng)建模仿真 93

    3.1 單縫衍射 93

    3.1.1 光源類型—平面波 93

    3.1.2 單縫基本參數(shù) 94

    3.1.3 模擬仿真步驟 94

    3.1.4總結 100

    3.2矩孔衍射 100

    3.2.1 光源模型—平面波 101

    3.2.2 矩孔基本參數(shù) 101

    3.2.3 模擬仿真步驟 102

    3.2.4總結 105

    3.3雙縫衍射及四縫衍射 106

    3.3.1雙縫衍射 106

    3.3.3雙縫參數(shù) 107

    3.3.4 模擬仿真步驟 107

    3.3.5總結 115

    3.4四縫衍射 115

    3.4.1四縫衍射原理圖 115

    3.4.2光源模型-平面波 115

    3.4.3四縫參數(shù) 116

    3.4.4 模擬仿真步驟 116

    3.4.5總結 122

    3.5泊松亮斑 123

    3.5.1光源-高斯波 123

    3.5.2圓孔參數(shù) 124

    3.5.3模擬仿真步驟 124

    3.5.4參數(shù)掃描 128

    3.5.5總結 131

    3.6菲涅爾波帶片 131

    3.6.1光源-平面波 131

    3.6.2圓孔參數(shù) 132

    3.6.3模擬仿真步驟 133

    3.6.4參數(shù)掃描 136

    3.6.5總結 137

    3.7閃耀光柵 137

    3.7.1模擬仿真步驟 138

    3.7.2參數(shù)掃描 146

    3.7.3總結 150

    第四章 光的偏振和晶體光學 151

    4.1偏振光的介紹及偏振態(tài)的描述 151

    4.1.1偏振光的介紹 151

    4.1.2偏振態(tài)的描述 151

    4.1.3線偏振光、徑向偏振光和角向偏振光的建模 152

    4.2偏振光的生成及馬呂斯定律 163

    4.2.1偏振光的生成 163

    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 168

    4.3.3偏振變換 168

    4.4單軸晶體的離散效應 177

    4.4.1原理介紹 177

    4.4.2模擬仿真 178

    4.5單軸晶體會聚偏振光的干涉 186

    4.5.1模擬仿真 186

    4.6雙軸晶體的錐形折射效應 192

    4.6.1模擬仿真 192

    4.7總結 199

    第五章 傅里葉光學及全息光學 200

    5.1傅里葉光學 200

    5.1.1簡介 200

    5.1.2傅里葉透鏡 201

    5.1.3傅里葉變換性質 201

    5.1.4透鏡的成像性質 203

    5.1.5透鏡傅里葉變換性質的模擬仿真 204

    5.2全息光學 208

    5.2.1 全息照片的記錄 208

    5.2.2 全息照片的再現(xiàn) 209

    5.2.3實驗裝置圖和參數(shù) 210

    5.2.4模擬仿真 211

    5.2.5總結 227

    5.3阿貝成像系統(tǒng) 227

    5.3.1阿貝成像簡介 227

    5.3.2阿貝-波特實驗 228

    5.3.3阿貝成像系統(tǒng) 229

    5.3.4模擬仿真 231

    5.3.5總結 238

    5.4 4f濾波系統(tǒng) 238

    5.4.1 簡介 238

    5.4.2光學系統(tǒng)模擬仿真 239

    5.4.3總結 246

    前言

    現(xiàn)代光學系統(tǒng)包含了不同類型的光學元件,如折射、衍射、微透鏡陣列、光柵以及全息和自由曲面等;元件尺寸的跨度可能從納米量級到米量級。同時,系統(tǒng)的光源也可能是不同的類型,如連續(xù)光源或脈沖光源、相干或部分相干光源等。有效的光學模擬需要對復雜光學系統(tǒng)中的光源及光學元件精確建模,從而實現(xiàn)各種光學效應的仿真再現(xiàn),如干涉、衍射、相干、偏振以及矢量效應等。

    現(xiàn)代光學建模技術包含了幾何光學和物理光學兩大領域,幾何光學以費馬原理為基礎,通過折反定律來進行光線追跡,能夠快速實現(xiàn)整個系統(tǒng)地仿真,但忽略了衍射和矢量等波動光學效應;物理光學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系統(tǒng)進行求解,從而獲得完整的電磁場信息,但由于計算量大而無法對整個復雜系統(tǒng)進行仿真。

    為了滿足現(xiàn)代光學系統(tǒng)的建模需求,德國耶拿大學Prof. Wyrowski Frank開發(fā)了高速物理光學仿真軟件——VirtualLab Fusion,其集成了從幾何光學到物理光學的各種建模技術,如幾何光學算子、平面波角譜法、瑞麗索墨菲算子、薄元近似和傅里葉模態(tài)法等,既能夠使用第二代場追跡或經典場追跡,從物理光學角度進行快速地仿真;也可以使用傳統(tǒng)的光線追跡,對系統(tǒng)進行分析。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)進行求解,之后通過序列或非序列方式將各個區(qū)域連接起來,從而達到對整個系統(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7.3版本中我們引入了多種傅里葉變換算法,如經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現(xiàn)不同類型光場在實際域與頻率域間的快速轉換,這也進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習需求,訊技特推出了《VirtualLab Fusion入門與進階實用教程》書籍,書中既包含了建模理論的介紹,又包含了大量逐步講解的實用案例,包羅了光學成像、激光傳輸、光學測量以及光束整形等領域。

    期望通過此書,能夠幫助用戶快速地學習和掌握VirtualLab Fusion軟件,享受其為光學建模和仿真所帶來的便利與樂趣。

    感謝訊技的工程師們在此書的編撰過程中所付出的努力,由于時間有限,書中難免會有不足之處,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,可隨時與我們聯(lián)系。

    目 錄

    第一章 VirtualLab Fusion理論基礎 11.1 幾何光學和光線追跡 11.2 物理光學和光場追跡 11.2.1 統(tǒng)一場追跡 31.2.2 第二代場追跡 6第二章 VirtualLab Fusion安裝與更新 102.1 VirtualLab 版本說明及系統(tǒng)配置要求 102.2 VirtualLab安裝與更新 112.3 安裝過程中可能遇到的問題 182.4 Windows高級系統(tǒng)設置推薦 222.5 C2V文件導出和V2C文件導入 23第三章 VirtualLab Fusion快速入門 263.1 VLF圖形用戶界面介紹 263.2 光源 303.2.1 基本參數(shù)(Basic Parameters) 313.2.2 光譜參數(shù)(Spectral Parameters) 333.2.3 空間參數(shù)(Spatial Parameters) 353.2.4 偏振(Polarization) 373.2.5 模式選擇(Mode Selection) 383.2.6 采樣(Sampling) 393.2.7 光線選擇(Ray Selection) 403.3 光學元件 413.3.1 真實光學元件編輯對話框 413.3.2 球透鏡(Spherical Lens) 443.3.3 衍射光學元件(Diffractive Optical Element) 453.3.4 單光學界面(Single Optical Interface) 463.3.5 光學界面序列(Optical Interface Sequence) 463.3.6 其它類型光學元件 483.4 探測器 483.4.1 探測器通用界面 483.4.2 光路圖內的探測器 503.4.3 諧波場和諧波場集探測器 523.4.4 數(shù)值陣列探測器 523.5 分析器 533.6 計算器 543.7 元件的位置和方向 543.7.1 光路元件 553.7.2 元件位置的定義 553.7.3 位置和方向確定規(guī)則 563.7.4 方向與位置的坐標系統(tǒng) 563.7.5 輸出通道的方向 573.7.6 輸出通道的自動方向 573.7.7 坐標斷點元件 583.7.8 位置和方向設置 583.7.9 光路視圖(定位) 603.7.10 角度定義 613.7.11 基本位置/方向與獨立位置/方向的對比:移動 633.7.12 基本位置/方向與獨立位置/方向的對比:傾斜 643.8 光路圖(Light Path Diagram) 643.8.1 新建光路圖 643.8.2 生成光路視圖&光路編輯窗口 653.8.3 光路視圖 663.8.4 光路編輯器 673.9 三種模擬引擎 703.9.1 球透鏡聚焦系統(tǒng) 703.9.2 三種引擎結果對比 713.10 參數(shù)運行(Parameter Run) 733.10.1 創(chuàng)建參數(shù)運行 733.10.2 參數(shù)指定界面 733.10.3 使用模式 743.10.4 探測器指定界面 753.10.5 結果界面 753.10.6 合并輸出 763.10.7 并行化和數(shù)據(jù)量 763.11 參數(shù)優(yōu)化(Parameter Optimization) 763.11.1 創(chuàng)建參數(shù)優(yōu)化 773.11.2 參數(shù)指定界面 773.11.3 探測器指定界面 783.11.4 參數(shù)約束窗口 783.11.5 通用設置窗口 783.11.6 結果界面 793.12 參數(shù)優(yōu)化和參數(shù)運行的應用 79第四章 光學成像系統(tǒng) 964.1 慧差的模擬 964.1.1 慧差概念 964.1.2 澤尼克多項式與塞德爾像差 964.1.3 慧差的模擬 974.2  F/4施密特望遠鏡波動光學分析 1004.2.1 模擬任務 1004.2.2 模型構建 1004.3 雙合消色差透鏡優(yōu)化設計 1034.3.1 模擬任務 1044.3.2 模型構建 1054.4 包含光柵元件的成像分析 1094.4.1 系統(tǒng)描述 1094.4.2 模型構建 1104.5 高級PSF和MTF計算 1174.5.1 模擬任務 1184.5.2 模型構建 1194.6 利用衍射透鏡校正色差 1244.6.1 模擬任務 1244.6.2 模型構建 1244.7 研究鬼像在準直系統(tǒng)中的影響 1314.7.1 模擬任務 1314.7.2 模型構建 132第五章 激光系統(tǒng) 1375.1 光束傳輸 1375.1.1 利用物鏡對激光二極管像散光束進行準直的分析 1375.1.2 非球面透鏡后的聚焦研究 1455.2 掃描系統(tǒng) 1565.2.1 對使用非球面透鏡的激光掃描系統(tǒng)進行性能分析 1565.3 FS脈沖建模 1765.3.1 使用一個高數(shù)值孔徑離軸拋物面反射鏡對飛秒脈沖聚焦 1775.4 晶體建模 1825.4.1 激光晶體中壓力誘導的雙折射 183第六章 光學測量 1906.1 干涉儀模擬仿真 1906.1.1 使用相干光的馬赫-澤德干涉儀 1906.1.2 白光邁克爾遜干涉儀 2026.1.3 F-P干涉儀 2206.2  顯微鏡模擬仿真 2286.2.1 高數(shù)值孔徑顯微鏡模擬仿真及研究 2286.3  單色儀和光譜儀模擬仿真 2396.3.1 切爾尼-特納單色儀—衍射效率分析 2396.3.2 切爾尼-特納光譜儀—光譜分辨率及鈉雙譜線分析 250第七章 光束整形 2567.1 折射光學 2567.1.1 設計一個折射光束整形器以生成一個圓形高帽光 2567.2 衍射光學 2667.2.1 規(guī)則分束器設計、結構生成及結構導出 2667.2.2 將高斯光束整形成Donut模式 2837.3 擴散器 2947.3.1 設計一個擴散器以生成一個INFOTEK標志 2957.3.2 設計一個線性擴散器以生成線性聚焦光場 3007.4 應用單元陣列結構實現(xiàn)光束整形 3077.4.1 應用棱鏡/光柵/反射鏡單元陣列對白光進行整形 307以上兩本工具書,帶您快速了解并操作軟件,有需要掃碼加微聯(lián)系

     
    分享到