3+YbA)i ; 前言
W7UtA.2LT FN
)d 1q(~ 現(xiàn)代
光學(xué)系統(tǒng)包含了不同類型的光學(xué)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(shí)，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(xué)模擬需要對復(fù)雜
光學(xué)系統(tǒng)中的光源及光學(xué)元件精確建模，從而實(shí)現(xiàn)各種光學(xué)效應(yīng)的仿真再現(xiàn)，如干涉、衍射、相干、偏振以及矢量效應(yīng)等。
|V`S >m%N Ie'P#e' 現(xiàn)代光學(xué)建模技術(shù)包含了幾何光學(xué)和物理光學(xué)兩大領(lǐng)域，幾何光學(xué)以費(fèi)馬原理為基礎(chǔ)，通過折反定律來進(jìn)行光線追跡，能夠快速實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)地仿真，但忽略了衍射和矢量等波動(dòng)光學(xué)效應(yīng)；物理光學(xué)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(gè)系統(tǒng)進(jìn)行求解，從而獲得完整的電磁場信息，但由于計(jì)算量大而無法對整個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行仿真。
Jp;k+ "<q V`fL%du,3 為了滿足現(xiàn)代光學(xué)系統(tǒng)的建模需求，德國耶拿大學(xué)Prof. Wyrowski Frank開發(fā)了高速物理光學(xué)仿真軟件——VirtualLab Fusion，其集成了從幾何光學(xué)到物理光學(xué)的各種建模技術(shù)，如幾何光學(xué)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(jīng)典場追跡，從物理光學(xué)角度進(jìn)行快速地仿真；也可以使用傳統(tǒng)的光線追跡，對系統(tǒng)進(jìn)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(shù)）進(jìn)行求解，之后通過序列或非序列方式將各個(gè)區(qū)域連接起來，從而達(dá)到對整個(gè)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(jīng)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(shí)現(xiàn)不同類型光場在實(shí)際域與頻率域間的快速轉(zhuǎn)換，這也進(jìn)一步提高了模擬的效率。
O|v
(5 8A oEzDMImJ5 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(xué)習(xí)需求，訊技特推出了《VirtualLab Fusion入門與進(jìn)階實(shí)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(shí)用案例，包羅了光學(xué)
成像、
激光傳輸、光學(xué)測量以及光束整形等領(lǐng)域。
5n:71$6[ w;yx<1f 期望通過此書，能夠幫助用戶快速地學(xué)習(xí)和掌握VirtualLab Fusion軟件，享受其為光學(xué)建模和仿真所帶來的便利與樂趣。
"D> ]ES%5 oL
*n>dH 感謝訊技的工程師們在此書的編撰過程中所付出的努力，由于時(shí)間有限，書中難免會有不足之處，還請各位同行及用戶不吝指正。書中自帶光盤中有軟件試用安裝程序及各章的案例，有興趣讀者可依次深入研究，若有任何問題，可隨時(shí)與我們聯(lián)系。
t&c&KFK)I& ER|!K tCSM 目 錄
Q5E:|)G p$!@ I 第一章 VirtualLab Fusion理論基礎(chǔ) 1
2m J: c 1.1 幾何光學(xué)和光線追跡 1
(Nz]h: }r 1.2 物理光學(xué)和光場追跡 1
F +j O*F2h 1.2.1 統(tǒng)一場追跡 3
I}:L ]H{E 1.2.2 第二代場追跡 6
*q" G } 第二章 VirtualLab Fusion安裝與更新 10
SWoEt1w 2.1 VirtualLab 版本說明及系統(tǒng)配置要求 10
rycJ yiw<- 2.2 VirtualLab安裝與更新 11
w yD%x( 2.3 安裝過程中可能遇到的問題 18
&,u C9$ 2.4 Windows高級系統(tǒng)設(shè)置推薦 22
oMT Y)`me 2.5 C2V文件導(dǎo)出和V2C文件導(dǎo)入 23
|[wyc!nY). 第三章 VirtualLab Fusion快速入門 26
5fq. *1f 3.1 VLF圖形用戶界面介紹 26
??TdrTS 3.2 光源 30
` !kL1oUYE 3.2.1 基本
參數(shù)（Basic Parameters） 31
r
}
7:#XQ 3.2.2 光譜參數(shù)（Spectral Parameters） 33
-><QF J 3.2.3 空間參數(shù)（Spatial Parameters） 35
LD@7(?mlU 3.2.4 偏振（Polarization） 37
~j}J<4&OvC 3.2.5 模式選擇（Mode Selection） 38
G mgeve 3.2.6 采樣（Sampling） 39
1nXqi)&?; 3.2.7 光線選擇（Ray Selection） 40
9L =;KtE1 3.3 光學(xué)元件 41
z\h, SX< U 3.3.1 真實(shí)光學(xué)元件編輯對話框 41
zPE#[\O21B 3.3.2 球透鏡（Spherical Lens） 44
9 d] tjT 3.3.3 衍射光學(xué)元件（Diffractive Optical Element） 45
1HXlHic 3.3.4 單光學(xué)界面（Single Optical Interface） 46
z6} P j>1 3.3.5 光學(xué)界面序列（Optical Interface Sequence） 46
p[;8 3.3.6 其它類型光學(xué)元件 48
Rf8:+d[Jj| 3.4 探測器 48
$nc, ?)i! 3.4.1 探測器通用界面 48
~GYpa t 3.4.2 光路圖內(nèi)的探測器 50
6 <r2*` 3.4.3 諧波場和諧波場集探測器 52
.r6YrB@[' 3.4.4 數(shù)值陣列探測器 52
z q O$ 3.5 分析器 53
0 i _ 3.6 計(jì)算器 54
d.b?! kn 3.7 元件的位置和方向 54
+QQ YPEx+ 3.7.1 光路元件 55
7n
[12: 3.7.2 元件位置的定義 55
8q{1E ];:q 3.7.3 位置和方向確定規(guī)則 56
_H/67dcz, 3.7.4 方向與位置的坐標(biāo)系統(tǒng) 56
j`+0.Zlq 3.7.5 輸出通道的方向 57
ax;{MfsK 3.7.6 輸出通道的自動(dòng)方向 57
HcDyD0;L. 3.7.7 坐標(biāo)斷點(diǎn)元件 58
@q pYDnJ: 3.7.8 位置和方向設(shè)置 58
xan/a y> 3.7.9 光路視圖（定位） 60
]zy~@,\ 3.7.10 角度定義 61
a5>)?m 3.7.11 基本位置/方向與獨(dú)立位置/方向的對比：移動(dòng) 63
*+N ZQjl' 3.7.12 基本位置/方向與獨(dú)立位置/方向的對比：傾斜 64
g8rp|MOH 3.8 光路圖（Light Path Diagram） 64
'[n)N@h 3.8.1 新建光路圖 64
#efqG=q 3.8.2 生成光路視圖&光路編輯窗口 65
CF,8f$:2 3.8.3 光路視圖 66
//6^+ -he 3.8.4 光路編輯器 67
./'; P <) 3.9 三種模擬引擎 70
BQ 5_s,VM 3.9.1 球透鏡聚焦系統(tǒng) 70
[}jj<!9A_; 3.9.2 三種引擎結(jié)果對比 71
kT>r< `rt 3.10 參數(shù)運(yùn)行（Parameter Run） 73
Z ={D0` 3.10.1 創(chuàng)建參數(shù)運(yùn)行 73
#?L(#a$k 3.10.2 參數(shù)指定界面 73
s+(l7xH$ 3.10.3 使用模式 74
[vZfH!vLP 3.10.4 探測器指定界面 75
uDpf2(>s 3.10.5 結(jié)果界面 75
R I#lI~&) 3.10.6 合并輸出 76
`4$4bX rP' 3.10.7 并行化和數(shù)據(jù)量 76
gcQ. YP9 3.11 參數(shù)
優(yōu)化（Parameter Optimization） 76
Jsl
