作為VirtualLab Fusion的開發(fā)者，我們認(rèn)為
光線光學(xué)和物理光學(xué)并不是用戶必須選擇的兩種分離的建模技術(shù)。在我們的概念中，光線追跡形式的光線光學(xué)是物理光學(xué)建模的一個(gè)子集。而在VirtualLab Fusion中，這不僅僅是一種學(xué)術(shù)主張，而是我們通過物理光學(xué)和光線光學(xué)建模之間的無縫且可控的轉(zhuǎn)換，將其引入到現(xiàn)實(shí)生活中的經(jīng)驗(yàn)。
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\4 ]p sx\ZMa 理論背景
mbm|~UwD 875BD U VirtualLab Fusion中的高速物理
光學(xué)系統(tǒng)建模是由數(shù)學(xué)上表示為求解器的操作符來表示的。我們用這種方法連接求解器，并且我們稱之為場追跡連接求解器。求解器可以在x域和k域工作。傅立葉變換連接了這些域�？梢钥闯觯桓道锶~變換的光場顯示出低衍射效應(yīng)的情況下，積分傅里葉變換(快速傅里葉變換FFT的形式)可以被逐點(diǎn)傅里葉變換（PFT）代替[wang2020]。這個(gè)替換是在VirtualLab Fusion的Modeling Level 3中自動完成的。逐點(diǎn)傅里葉變換和快速傅里葉變換之間切換的標(biāo)準(zhǔn)是相對衍射功率，它是菲涅耳數(shù)的推廣。通過在部分系統(tǒng)中實(shí)施逐點(diǎn)傅里葉變換，衍射效應(yīng)可以獨(dú)立于相對衍射功率而被忽略。這是在不離開物理光學(xué)建模的情況下完成的，并且我們?nèi)匀话ǚ抡胬绺缮�、散斑、相干和偏振效�?yīng)。當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)中的所有傅立葉變換都被強(qiáng)制為逐點(diǎn)變換時(shí)，衍射在整個(gè)系統(tǒng)中被忽略了，我們經(jīng)常在物理光學(xué)中獲得完整的逐點(diǎn)建模。當(dāng)我們只考慮采樣點(diǎn)位置的映射并在x域中連接它們時(shí)，我們就獲得了物理光學(xué)中的光線光學(xué)[Balardron 2019]。這可以理解為物理光學(xué)背景下光線追跡的一種推導(dǎo)。我們認(rèn)為這是一個(gè)驚人的理論，它是VirtualLab Fusion中光線光學(xué)的基礎(chǔ)。
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_$Hx:^p: |L"!^Y#=D 這將指導(dǎo)我們對應(yīng)逐點(diǎn)傅立葉變換在系統(tǒng)的不同部分來應(yīng)用Modeling level 1和2。
K9+C 3 "*I ;\gs d 'i Modeling Level 1
o I6o $C Md4JaFA( 在建模級別1中通過強(qiáng)制所有的傅里葉變換都是逐點(diǎn)的，衍射完全被忽略。這種建模在焦點(diǎn)區(qū)域檢測不到光的應(yīng)用中通常就足夠了，例如遠(yuǎn)場光束整形[Yang2020]、干涉儀裝置和分束光柵。
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光源是
激光光束，通常建議選擇衍射光源（Diffraction of Source Included）模式下的選項(xiàng)。以束腰定義的高斯光束為例。它在瑞利長度上的傳播由衍射所主導(dǎo)。這確保包括在“Diffraction of Source Included”內(nèi)的選項(xiàng)的初始光場的傅里葉變換是由相對衍射效率自動選擇的。
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&^W91C?<6 x3>PM]r(V Modeling Level 2
Qy+&N*k> l[J'FR: 在Modeling Level 2中，通過在探測器選擇由相對衍射效率自定義的傅里葉變換，衍射會在所有探測器區(qū)域仔細(xì)考慮到。尤其關(guān)鍵的是當(dāng)探測器位于光的聚焦區(qū)域時(shí)，例如在
透鏡系統(tǒng)的像平面或焦平面中[wang2020]。在透鏡系統(tǒng)中，它提供了點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)(PSF)和MTF的高精度計(jì)算，包括衍射、像差、偏振和矢量效應(yīng)。Modeling Level 2也適用于當(dāng)你研究微觀結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的光線時(shí)的情況。
0{GpO 6! A+Xk=k5< 如果光源是激光光束，同樣在Modeling Level 2中，通常建議選擇衍射光源（Diffraction of Source Included）下的選項(xiàng)。
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