光学人常用的软件｜实用物理光学软件详解

VirtualLab Fusion能够对多通道波导成像系统进行非序列建模，并对VR/AR/MR等设备的波前差、能流和PSF/MTF进行评估。

近眼显示•波导平视显示器•自由曲面•图样生成

OptiFDTD 13

OptiFDTD 13.0 新功能一览

1.3D CAD 数据导入(IGES 格式)

2.动态光场可视化

3.横截面形状轮廓

4.ADI 模式求解器

5.64-bit 各向异性模式求解器(OptiMode)

6.模式测量(OptiMode)

7.混合材料(OptiMode)

8.环形轮廓(OptiMode)

OptiFDTD 13.0 功能改进一览

1.OptiFDTD 分析器

2.设计辅导

3.轮廓设计器(波导轮廓和材料管理)

OptiFDTD 13.0 注意事项

1.输入场模式计算

3D CAD 模型(IGES格式)数据的导入功能

3D CAD 模型(IGES格式)数据的导入功能

3D CAD 模型(IGES格式)数据的导入功能

设计辅导可以方便的查看详细描述

动态光场可视化新功能

在OptiFDTD的运算时，实时显示任何切面/線/点上的电磁场传播动画

此功能打开时会使运算速度减慢。关闭以后即可恢复正常运算速度

动态光场可视化新功能

可以同时打开多个切面/線/点上的电磁场传播动画

动态光场可视化新功能

设计辅导可以方便的查看详细描述

动态光场可视化新功能

外形横截面轮廓新功能

很多OptiFDTD用户期待已久的重要功能

模拟结果的分析器文件里，电磁场分布图上加了光波导路的轮廓线显示

可以在显示/不显示间切换

模态输入场里，增加了 ADI 模式求解器

ADI 模式求解器的计算速度要远大有限差分

作为模拟设计的初始阶段，使用 ADI 模式求解器比较合适

OptiMode 模块里增加了 各向异性模式求解器(64-bit) 功能

可以用于模拟磁光效应，旋光效应，法拉第效应等

详细内容可参见　

/OptiFDTD 13 Samples/OptiMode/Anisotropic 里的OpticalActivity.pdf文件

OptiMode 模块里增加了 各向异性模式求解器(64-bit) 功能

OptiMode 模块里对应的各向异性光学材料，和 FDTD 解析模块 (OptiFDTD Designer) 里对应的各向异性光学材料有所不同！

OptiMode 模块里增加了 模式测量功能

在OptiMode的求模计算完成以后，OptiMode 分析器 里显示光的传播模的有效直径等参数 (模式测量)

OptiMode 模块里增加了 模式测量功能

光模的有效直径参数，根据不同的求模法而不同。细节参见以下表格。

OptiMode 模块里新增加了 混合材料特性

混合材料是利用已经定义好的2种材料进行线形插值而推算出的一种材料

一般是，对玻璃（Host）母材进行掺杂，导致其电容率（折射率）发生变化

针对环形轮廓开发的混合材料功能 ，也可用于其他的轮廓

OptiMode 模块里新增加了 混合材料特性

混合材料分2种类型，使母材的折射率升高的 掺杂+（ Dopant + ）和使母材的折射率降低的掺杂-（ Dopant - ）

OptiMode 模块里新增加了 环形轮廓

环形轮廓是专门针对渐变折射率光纤而开发的新轮廓

OptiMode 模块里新增加了 环形轮廓

当计算色散时需要把材料色散也考虑进去时，选用2种 混合材料（Dopant + 和 Dopant - ）

掺杂+（ Dopant + ）和 掺杂-（ Dopant – ）的母材要一致

OptiMode 模块里新增加了 环形轮廓

考虑材料色散时，环形轮廓的折射率分布的内部计算方法

这个计算是程序内部自动进行的

为了正确的设定各参数，理解这个内部计算方法很有必要

OptiFDTD 分析器的功能得到很大的提高

观察点/线/面可以通过左侧的项目浏览器来进行选择

OptiFDTD 分析器的功能得到很大的提高

观察点/线/面可以通过左侧项目浏览器来进行选择

OptiFDTD 分析器的功能得到很大的提高

观察面里可以显示任意切面上的分布

OptiFDTD 分析器的功能得到很大的提高

任意切面上的分布可以很方便的输出到外部文档

设计辅导功能的应用范围得到了扩大

OptiMode设计器和轮廓设计器里也加入了设计辅导

设计辅导相当于简单化的用户手册。用户可以一边操作一边打开和某个具体操作步骤有关的帮助说明文件

轮廓设计器功能得到了大幅度的提高

材料/轮廓 的输入/输出功能里增加了 XML 文件方式

详细说明可以参照以下的设计辅导

注意点：当输入场选择了模态时

和输入面相交的所有波导路都将参与光模的计算

和输入面相交的所有波导路的横截面被用于光模的计算

波导路如果不和输入面垂直，横截面将大于波导路本来的横截面，所以和输入面相交的所有波导路必须垂直于输入面

注意点： 当输入场选择了模态时

和输入面相交的所有波导路的横截面被用于光模的计算

OptiBPM 13.0

这个版本的OptiBPM适用于64位操作系统。同时引入新的材料和通过OptiMode 4.0引入的新配置文件。64位运行环境也包括了一个新的图形编辑和一个全新的各向异性BPM仿真器。

新功能

1.1 64位各向异性BPM

在该版本中，各向异性BPM可作为一个64位应用程序使用。这增加了可访问内存的大小，同时可以运行更大的BPM仿真。此外，模拟器从头开始编写。算法得到了加强，运行更快且更高效。新的64位各向异性BPM仿真器比OptiBPM12.0的32位各向异性BPM快5倍。

1.2 64位各向异性模态求解器

在该版本中，各向异性模态解算器支持从OptiBPM的输入平面进行模拟。

1.3 光学及折射率数据的显示

在该版本中改进了数据显示，既可显示物理坐标也可显示网格坐标。同时包含一些工具，可从水平或垂直切面获得的物理数据以生成2D图形。说明书中有关于如何在屏幕上实现显示的方法。

1.4 混合材料和圆形轮廓

该版本包含了新的材料以及在OptiMode 4中引入的新轮廓文件——混合材料和圆形轮廓。利用这些新功能，使生成梯度折射率光纤变得更加容易。梯度折射率的说明使用与OptiFiber中相同的方法，即以参考波长指定梯度折射率，而且系统会根据数据自动确定掺杂量。

1.5 BPM模拟器结果视频

分析器可存储沿Z轴截面的光学数据。在一次显示中，可以显示传播过程中场如何变化。该功能可以用视频的格式而不是一系列Z轴截面的形式进行显示。BPM模拟器能够自动制作.avi格式的视频并在Windows播放器中观看。该功能提供了横向XY平面，并显示光波沿传播方向(Z轴)的行进过程中光场的演变。

1.6 为OptiBPM设计器提供属性浏览器

在OptiBPM设计器的左侧有一个面板列出了项目中的所有对象，以及一些全局设置和可用的模拟器。刻通过鼠标右击后者双击树形中的条目以进行数据预览或者编辑。

1.7 一个强化了调试能力新的脚本编辑器

在该版本中加入了一个新的脚本编辑器。这个编辑器是使用ini文件的颜色编码，称为VB.ini。脚本中的错误会在编辑器中以红色断点显示。现在支持鼠标滚轮滚动。

1.8 简化的波导剖面和材料管理

我们现在已经移除了软件对旧的master.plb文件以及从前材料和波导数据库的以来。我们提供了导入和导出功能，支持由XML定义的文件格式。用户向项目导入或从项目导出一个文件和/或材料定义到一个独立文件。这使得材料可以更容易地被定义和共享。由于应用程序不再受master.plb文件锁定，使用的用户可以同时运行OptiMode，OptiBPM,和OptiFDTD 设计器。由于访问master.plb依然可用，所以用户可以导出其配置文件和材料。在将来对master.plb文件的支持将被移除。

增强、修复和修正

2.1 增强 40——改进了变量和函数对话框

改进了对话框的操作。在该版本中，改变用户参数值变得更简单，而且它的功能更加合理和有效。

2.2 增强 28——增加了显示的数量限制

在仿真参数对话框中存在一个面板，即用户配置界面。其中一个文件称为显示的个数。以前的接口这个数字不允许超过999。但在一些环境中需要更多的描述。因此，该限制现在增加到99999。

VirtualLab FUSION统一化光学设计平台

现代光学系统可能包含大量不同种类的光学元件，如折射透镜、衍射透镜、折衍混合透镜、菲涅尔和渐变折射率透镜以及衍射光学元件，像扩束器、光束整形器、衍射光束分束器、计算全息、相位板、光栅、自由表面元件和微透镜阵列。除此以外还有使用光源的不同特性，如相干度、颜色和偏振。

一个有效的光学建模要求将所有这些类型的元件和光源放在一个软件平台上进行高精度且快速的仿真模拟。VirutalLab FUSION是在VirtualLab场追迹模拟引擎的基础上，新增了功能强大的几何场追迹模拟引擎。经典场追迹模拟引擎统一了从几何光学到电磁场方法的各种建模技术。

在光学模拟与设计中包含了衍射、干涉、部分相干、像差、偏振等各种物理效应，从而能够高精度的进行光学模拟与设计。而几何场追迹模拟引擎则是通过使用几何光学的方法来近似求解麦克斯韦方程组，从而能够快速的完成各种复杂光学系统的模拟仿真，同时在模拟过程中包含了除衍射外的各种物理效应。

经典场追迹模拟引擎与几何场追迹模拟引擎的联合使用，既能够保证光学系统模拟和设计的精度，又能够保证其速度，是物理光学和几何光学的完美结合。最后，其传统的光线追迹模拟引擎能够快速的完成光学系统的性能评估。（下图：光线追迹、几何场追迹、经典场追迹）

VirutalLab FUSION软件包集合了五个工具箱，允许进行光学系统的分析，衍射光学元件的设计，光分束器的设计，光栅的分析，激光谐振腔的分析以及LED光的整形和均匀化。

纳米、微米和宏观光学的统一建模

基本工具箱

VirutalLab FUSION基本工具箱可以使用三种模拟引擎模拟激光光学，微光学系统，衍射光学，干涉，成像和照明系统。光学系统中可以包含折射、衍射、混合、菲涅尔和渐变折射率透镜，扩散器、光分束器、光整形器、计算产生全息、相位板衍射光学元件以及自由表面曲面和微透镜阵列。基于统一光学建模技术，可以使用从几何光学到物理光学不同的传输模型进行光传输建模。而几何场追迹与经典场追迹的联合使用，可以快速并高精度的完成光学系统的模拟仿真和设计工作。

衍射和微光学元件设计

衍射光学工具箱

衍射光学工具箱可以设计衍射光束分束器、扩散器和整形器。这些元件也被称为衍射光学元件、计算机全息、相位板或者相息。衍射光束分束器允许将一束激光分成光束阵列。衍射扩散器能够使确定的散射光线进入任意2D光图案。扩散器和光束分束器可以用来转换相干光和部分相干光源。衍射和折射光束整形可以将相干激光光束整成环形、矩形高帽、线型或者自定义2D强度分布。

2D和3D光栅的严格分析和设计

光栅工具箱

VirutalLab FUSION光栅工具箱可以对2D和3D光栅进行严格的电磁场分析和设计，包含衍射光栅、全息光栅、布拉格光栅、表面光栅、光子晶体、衍射光束分束器、偏光器、抗反射结构、衍射光学元件、光伏系统和光谱光栅。光栅的特征尺寸可以从纳米到毫米量级。同时，光栅工具箱可以计算衍射效率、近场、偏振、反射、透射以及内部场。各种定制特性可以使用户分析和优化用户自定义结构的光栅。这些包括导入测量的高度轮廓以及使用公式描述一个高度轮廓的可编程高度轮廓或者折射率分布介质。

灵活的激光谐振腔本征模分析

激光谐振工具箱

VirutalLab FUSION激光谐振工具箱允许分析稳态和非稳态激光谐振腔的本征模。分析包括了基膜、高阶模和本征值的计算。依赖于经典场追迹技术，可以将从几何光学到电磁场处理的各种光束传输方法最佳的组合起来。因此允许腔内包含微结构和DOE元件，模拟受激介质的折射率调制以及任意形状的基膜。在VirtualLabTM中表面轮廓和介质以及自定义元件目录为定义谐振腔提供了非常大的灵活性。公差模拟可以研究一个谐振腔的稳定性。

LED光的整形和均匀化

照明工具箱

VirutalLab FUSION照明工具箱利用经典场追迹进行照明系统的分析和设计。场追迹使用强调衍射光学和微结构整合的新概念，这给LED光以及其它高发散辐射光源的整形和紧凑照明系统的设计提供了更大的灵敏性。

GLAD

GLAD使用复振幅来描述波前，并能对光束的整个传播路径做衍射模型。GLAD有两种等级，分别为：GLAD和GLAD Pro。GLAD Pro包括了GALD的功能外，还增加了高级物理效应以及更多的优化功能。

GLAD的应用领域：

GLAD已经广泛使用在大部分高级物理光学模型，并被应用到商品化激光设计，激光研发实验，稳态和非稳态共振腔设计，瞬时激光响应，照相平版印刷术(photolithography)，光束控制的高效率相位平板，衍射效应，和单模及多模态波导。

GLAD软件的特点

建模

• 整合环境设计环境(IDE)

• 简单或复杂多重激光束追迹

• 相干和非相干交互作用

• 透镜：球面镜、圆环体或柱面镜

• 一般孔径型态

• 近场-和远场-衍射传播分析

• 稳态和非稳态共振腔模型

• 为共振腔设计提供的特殊功能

• Seidel, Zernike, 和相位光栅像差分析

• 平滑随机数波前像差 (smoothed random wavefront aberrations)

• 透镜和反射镜数组

• 变量数组，可达4096x4096

• 方形数组和可分离的衍射理论

• 多重，独立的激光束追迹传输

• 自动传播技术控制

• 全域坐标系统

优化

• 任意的反射镜坐标及旋转

• 允许高的Fresnel数值

• 相位共轭(phase conjugation)

• 极化模型

• 部份相干模型

• BPM，光纤光学和3维波导，直线及弯曲光纤，纤核对纤核耦合，光纤激光

• 二元光学(binary optics)和光栅

• 高数值孔径(NA)物镜的衍射向量

• M-平方的特征化

• 有限元素的热模型

• 热致应力双折射

• 相位补偿优化

• 模拟退火及Gerchberg Saxton优化

• Excimer激光模型及特征

• 共振腔模型的特殊功能

光电互动:上面的软件中您用过哪些？返回搜狐，查看更多