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前言 &':UlzG
CpBQ>!CW 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(jí)到米量級(jí)。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(duì)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。 MR^umLM88 yffU%
) 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(guò)折反定律來(lái)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(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行求解，從而獲得完整的電磁場(chǎng)信息，但由于計(jì)算量大而無(wú)法對(duì)整個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行仿真。 b(+w.R(+Ti Qi(e`(,' 為了滿足現(xiàn)代光學(xué)系統(tǒng)的建模需求，德國(guó)耶拿大學(xué)Prof. Wyrowski Frank開(kāi)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(chǎng)追跡或經(jīng)典場(chǎng)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(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析。在VirtualLab中，我們根據(jù)場(chǎng)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(guò)序列或非序列方式將各個(gè)區(qū)域連接起來(lái)，從而達(dá)到對(duì)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(chǎng)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(chǎng)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。 PPuXas? i yf RUTG 目前，VirtualLab Fusion的光場(chǎng)追跡概念正在被越來(lái)越多的高校、研究所以及企業(yè)所接受，為了滿足越來(lái)越多用戶地學(xué)習(xí)需求，訊技特推出了《VirtualLab Fusion入門(mén)與進(jìn)階實(shí)用教程》書(shū)籍，書(shū)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(cè)量以及光束整形等領(lǐng)域。 ;m2"c L>{l ~(Ih~/5\^ 期望通過(guò)此書(shū)，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(lái)的便利與樂(lè)趣。 ; 'b!7sMO~
+?4*,8Tmmz 感謝訊技的工程師們?cè)诖藭?shū)的編撰過(guò)程中所付出的努力，由于時(shí)間有限，書(shū)中難免會(huì)有不足之處，還請(qǐng)各位同行及用戶不吝指正。書(shū)中自帶光盤(pán)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(wèn)題，可隨時(shí)與我們聯(lián)系。 * K0j5dx
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目 錄 R#[Qoy J
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N3S,33
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第一章 VirtualLab Fusion理論基礎(chǔ) 1 a #OhWqu$
1.1 幾何光學(xué)和光線追跡 1 's56L,^:
1.2 物理光學(xué)和電磁場(chǎng)仿真 2 "-~D! {rS
1.2.1 統(tǒng)一電磁場(chǎng)仿真 3 e +d6R[`M
1.2.2 電磁場(chǎng)仿真 6 ` $QzTv
第二章 VirtualLab Fusion安裝與更新 10 :N+K^gI)
2.1 VirtualLab安裝與更新 10 c_D,MW\IC
2.2 VirtualLab 版本說(shuō)明及系統(tǒng)配置要求 15 -.+KCt G$+
2.3安裝過(guò)程中可能遇到的問(wèn)題 16 T_YMM' `
2.4 Windows高級(jí)系統(tǒng)設(shè)置推薦 18 a!hI${Xn
2.5 C2V文件導(dǎo)出和V2C文件導(dǎo)入 20 '.}6] l
第三章 VirtualLab Fusion快速入門(mén) 24 FrAqTz
3.1 VLF圖形用戶界面介紹 24 `E4!u=%
3.2 光源 29 i uH8g
3.2.1 基本參數(shù)（Basic Parameters） 29 HNkZ 1+P {
3.2.2 光譜參數(shù)（Spectral Parameters） 31 '<{oYXZW3
3.2.3 空間參數(shù)（Spatial Parameters） 34 LB64W ;#h
3.2.4 偏振（Polarization） 36 a|] %/[G@
3.2.5 模式選擇（Mode Selection） 37 Aoy1<8WP%
3.2.6 采樣（Sampling） 39 7E\K!v _
3.3 光學(xué)元件 40 bH)8UQR%
3.3.1 真實(shí)光學(xué)元件編輯對(duì)話框 40 #h
#mOJ5
3.3.2 球透鏡（Spherical Lens） 44 +QCU]Fozk
3.3.3 衍射光學(xué)元件（Diffractive Optical Element） 46 lO5gkOJ?
3.3.4 曲面（Curved Surface） 47 MK!]y8+Z
3.3.5 透鏡系統(tǒng)（Lens system） 47 cfy/ *|
3.3.6 其它類型光學(xué)元件 49 sg9x?Bx9
3.4 探測(cè)器 49 YWn6wzu%Vc
3.4.1 探測(cè)器通用界面 50 U{za m
3.4.2 光路圖內(nèi)的探測(cè)器 51 -G^t-I
3.4.3 諧波場(chǎng)和諧波場(chǎng)集探測(cè)器 52 ;nAg4ll8Q
3.4.4 數(shù)值陣列探測(cè)器 53 r-\T}e2Gz
3.5 分析器 54 FRJ:y m=E
3.6 計(jì)算器 54 X'3`Q S:!
3.7 元件的位置和方向 55 'nj&}A'
3.7.1 光路元件 56 kVG6\<c]
3.7.2 元件位置的定義 56 f@xfb
ie !
3.7.3 位置和方向確定規(guī)則 57 ^S; RX*
3.7.4 方向與位置的坐標(biāo)系統(tǒng) 57 _sf0{/< )
3.7.5 輸出通道的方向 58 ]%Q]C
8[C
3.7.6 輸出通道的自動(dòng)方向 58 !Sy'Z6%f
3.7.7 坐標(biāo)斷點(diǎn)元件 59 HLy Fyv\
3.7.8 位置和方向設(shè)置 59 ;5JIY7t
3.7.9 光路視圖（定位） 61 YVg}q#
3.7.10 角度定義 62 +( h6{e%)
3.7.11 基本位置/方向與獨(dú)立位置/方向的對(duì)比：移動(dòng) 64 wEHre r
3.7.12 基本位置/方向與獨(dú)立位置/方向的對(duì)比：傾斜 65 O(
5L2G
3.8 光學(xué)設(shè)置（Optical Setup） 65 ]cGz ~TN~
3.8.1 新建光路圖 65 Z+h7 0,|
3.8.2 生成光學(xué)設(shè)置視圖&光學(xué)設(shè)置編輯窗口 66 65`'Upu
3.8.3 光學(xué)設(shè)置視圖 68 @qr3v>3X<
3.8.4 光學(xué)設(shè)置編輯器 68 PE6u8ZAb"
3.9 三種模擬引擎 70 V~uA(3\U
3.9.1 球透鏡聚焦系統(tǒng) 70 p?`|CE@h7
3.9.2 三種引擎結(jié)果對(duì)比 71 ,ov v
3.10 參數(shù)運(yùn)行（Parameter Run） 73 dnWt\>6&
2
3.10.1 創(chuàng)建參數(shù)運(yùn)行 73 =Gg)GSL^
3.10.2 參數(shù)指定界面 74 |@Idf`N$
3.10.3 使用模式 75 uB#B\i
3.10.4 探測(cè)器指定界面 75 ~|B!. +
3.10.5 結(jié)果界面 76 C&s
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