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2024-03-13 08:00 |
VirtuaLab Fusion新版本：從光線光學(xué)到物理光學(xué)的無縫轉(zhuǎn)換
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)。 &cc9}V)M
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理論背景 o xfF`L"
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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�，被傅里葉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)一個系統(tǒng)中的所有傅立葉變換都被強(qiáng)制為逐點(diǎn)變換時，衍射在整個系統(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，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)為這是一個驚人的理論，它是VirtualLab Fusion中光線光學(xué)的基礎(chǔ)。 .*V kua
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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。 #by Jqy&e
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Modeling Level 1 .x-J44i@/
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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。 ]JdJe6`Mc
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如果光源是激光光束，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。 ;7Okyj6EP
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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，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)生的光線時的情況。 SkHYXe"]
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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)。 I\zemW!
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在最高的建模級別，所有傅立葉變換都是由相對衍射效率自動選擇的。通過這種方式，在系統(tǒng)中任何需要的地方衍射都會被考慮。這使得例如經(jīng)過透鏡系統(tǒng)的傍軸光束傳播的精準(zhǔn)建模以及系統(tǒng)中的多個以及串聯(lián)孔徑的建模成為可能。 =45W\
請記住，計(jì)算時間會隨著建模級別的增加而增加，建議使用您的應(yīng)用所需的最低級別。 qTM%G-
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Customized Modeling +sf .PSz$
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對于更有經(jīng)驗(yàn)的用戶，我們提供定制建模（Customized Modeling）。 Y Qd:M%$
不同的傅里葉變換的選擇可以根據(jù)光源模式、元件和探測器來選擇。這就能夠研究不同配置的效果和性能優(yōu)化。 fu4!t3 1
通過選擇元件和探測器內(nèi)部的傅立葉變換選項(xiàng)，可以更具體地進(jìn)行定制。 1nI^-aQ3
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