现代光学系统由光源、元件、探测器等组件复杂组合而成。传统仿真工具往往只能处理单一组件系统级仿真常因概念与工具不兼容而受阻。VirtualLab Fusion以全球独创的场追迹技术为核心打造高速物理光学仿真引擎全面赋能从元件级到系统级的端到端创新设计助力科研与工业界突破性能边界。VirtualLab Fusion 核心原理VirtualLab Fusion是德国LightTrans公司以场追迹概念开发出来的一款光之数字模型平台将整个光学系统分解为一系列光学界面和自由空间区域针对不同部件调用最适配的麦克斯韦方程求解器并通过非序列追迹技术将它们有机串联。软件集成了丰富的求解器库包括适用于近似场景的 LPIA局部平面界面近似、LLGA局部线性光栅近似以及适用于严格计算的 FMM/RCWA傅里叶模态法/严格耦合波法等。在自由空间传输方面支持几何光学、平面波谱、菲涅尔、远场及瑞利-索墨菲等多种传播模型。为进一步提升计算效率VirtualLab Fusion 提供了三种傅里叶变换方法——FFT快速傅里叶变换、半解析傅里叶变换及逐点傅里叶变换用户可根据精度与速度需求灵活选择。整个仿真过程完整纳入了干涉、衍射、像差、偏振、相干及矢量效应等物理光学特性确保结果真实可靠。功能特性作为全球唯一一款基于场追迹概念来开发的光之数字模型平台VirtualLab Fusion为用户提供了光学建模和仿真所需的各种功能和特性。• 光线追迹和光场追迹两者可以一键切换• 序列和非序追迹• 用户可自定义选择从几何到物理、从近似到严格各种光学建模技术• 用户可自定义选择FFT快速傅里叶变换、Semi-Analytical FT半解析傅里叶变换以及Pointwise FT逐点傅里叶变换• 丰富的库系统包括光源库、元件库、界面库、介质库、材料库、探测器库等九大库系统能够快速地完成系统的建模• 参数扫描和参数优化可对系统进行公差分析以及优化• 多软件接口如Macleod、LASCAD、ZEMAX、JCM Suit等• 可导出多种格式结构如GDSII、STL、IGES、ASCII、Bitmap等• 跨平台联合仿真和优化如MATLAB、OptiSlang、Python等• 基于C#语言进行二次开发应用领域VirtualLab Fusion能够实现高速物理光学的建模和仿真已广泛的应用于高校、研究所以及各知名光学企业。1. 光学系统优化VirtualLab Fusion提供多种局部和全局优化算法灵活支持多种场景下的优化任务可进行高复杂度评价函数定义可以对光学系统进行优化配置和执行以获得优化结果从而产生优化的光学系统。1) 可用于光波导如多FOV和多波长均匀性、效率、 颜色等优化2) 光栅结构优化3) DOE结构优化4) 光纤耦合系统5) 成像系统6) 干涉仪系统等抗反射蛾眼结构优化2. 光束整形VirtualLab Fusion能够使用自由曲面衍射光束分束器与图案生成器扩散器和常规阵列微光学元件包括但不局限于微透镜阵列实现光束整形。1) 折射光束整形2) 衍射光束整形3) 扩散片4) 微透镜阵列和微结构单元阵列衍射光学光束分束器的设计3. 光学测量系统通过高速物理光学对干涉仪、光谱仪和传统式或结构照明式显微镜的成像质量与分辨率限制进行全面的研究。1) 干涉仪2) 显微镜3) 单色仪4) 光谱仪干涉系统光线追迹示意图以及干涉图样展示4. 微纳光子学VirtualLab Fusion 中集成了傅里叶模态法可以对周期性的结构例如任意结构的光栅进行精确的模拟获得相应的近场、衍射级次以及衍射效应。同时能够对光栅进行优化以获得所需要光栅结构参数并集成到整个光学系统中进行分析。也可以对非周期性的结构例如微纳小颗粒进行精确的模拟。1) 1D和2D介质光栅2) 1D和2D界面光栅3) 衍射级次计算、偏振分析以及内部场计算4) 纳米圆柱5) 优化倾斜光栅的鲁棒性优化平面波入射微纳圆片时圆片后透射光场分布5. 光学成像系统通过高速物理光学实现透镜系统建模。提供对包含鬼像和部分相干性的系统的可靠的PSF / MTF评估。系统中可以包含光栅全息光学元件以及衍射透镜。1) 衍射透镜2) 高级PSF/MTF3) 鬼像4) 包含光栅的成像系统基于高NA物镜对微结构晶圆进行成像检测双层光栅成像仿真6. 激光物理/激光系统高速物理光学可以有效地实现对激光光源、衍射、干涉、偏振的建模并且可以使用任意感兴趣的光束参数。1) 激光传输2) 扫描系统3) 飞秒脉冲4) 激光晶体激光扫描系统的建模和仿真7. 虚拟和混合现实针对AR,VR以及MR应用VirtualLab Fusion为用户提供了多通道波导成像系统的非序列建模技术建模过程中能够对波前差、能流以及PSF/MTF进行评估。具有“蝴蝶式出瞳扩展”的光导系统8. 分布式计算在没有分布式计算时生成基本仿真任务是在参数运行中完成的。在分布式计算中不需要更改工作流程。可以通过对话配置和控制计算机网络实现这个功能。现如今VirtualLab Fusion利用分配好的网络处理基本的仿真任务。简而言之:VirtualLab Fusion的用户只需多点击几下鼠标就能享受到分布式计算的强大功能。使用分布式计算进行AR光波导的测试成像仿真典型应用示例1. 基于各种干涉仪的测量系统仿真和分析2. 包含光栅的复杂光学系统仿真和分析3. 光纤耦合系统的设计和优化4. 基于表面光栅的光波导结构模拟与设计5. 具有间隔性缝隙的分段光栅区域的光波导元件6. 基于VCSEL阵列的点阵投影仪的人脸识别系统7. 超表面结构的设计和优化8. 超构透镜设计和仿真9. 非周期性微透镜阵列整形10. 高斯 —贝塞尔光束轴向匀化光强整形11. OLED光源模型-基于基本结构的 OLED 光源模型12. 衍射透镜的设计和分析13. 迈克尔逊干涉仪中的相干测量-使用分布式计算功能14. 多视场下二元光栅光波导耦合优化15. 跨平台联合仿真与优化VirtualLab Fusion 以场追迹为核心将几何光学的效率与物理光学的精度融于一体为光学设计者提供了一个兼具深度与广度的仿真平台。无论您是从事前沿光学研究还是推进工业化产品落地VirtualLab Fusion 都将是您值得信赖的技术工具。