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自定义光源的编程源是VirtualLab Fusion中另一个可自定义扩展的模块：您可以随意调整其波长谱，空间相干特性，横向形状和偏振等。在所有这些可操控参数中，现在让我们集中讨论后两个。如果您希望学习编写自己的光源，可以在下面找到有关可编程光源的详细教程（其中包括详细的动手实例）供您参考。此外，我们提供了另一个示例，采用更简洁的格式，说明如何通过编程生成径向和切向偏振光。可编程光源本教程将指导您在VirtualLab中编写自己的光源！径向和切向偏振光源的编程了解如何创建径向和切向偏振光源。体会对光源进行编程的过程以及组合光源功能的潜力。

径向和切向偏振光源的编程摘要偏振是光的最具特征的属性之一。它远远超出光只能是线性，圆形或椭圆偏振的全局偏振基本概念。我们将向您介绍如何在VirtualLab中创建径向和切向偏振光源，并在此过程中说明如何对光源进行编程以及组合光源功能的潜力。自定义径向和切向偏振光源文件信息

聚焦区域研究在各类光学元件中，透镜的应用最为广泛，而且其对焦是最典型的任务。尽管看似微不足道，但光在聚焦区域内的表现可能是复杂的，因此值得进一步深入研究。以一个高数值孔径物镜的聚焦情况为例，焦点具有明显的不对称性，因此考虑光的矢量特性十分必要的。在VirtualLab中，利用不同类型的探测器可以深入研究光在焦点区域的性质，利用ParameterRun 功能也可以分析光在焦点区域的场演化。高数值孔径（NA）物镜聚焦的分析高数值孔径(NA)物镜广泛应用于光刻、显微镜等领域，在模拟聚焦过程中考虑光的矢量性质具有重要意义。非球面透镜后的聚焦特性研究一个具有不对称发散度和像散的激光二极管，先准直，再聚焦。详细研究了聚焦区域内的场变化。

基于Pancake系统的折反射成像系统 1 摘要为了降低成本和重量，许多现代应用引入了智能方法来小型化其光学系统。该原理的一个特殊实现是折叠成像系统，其中聚焦透镜的属性分布在多个组件之间。通过巧妙地操纵传播光的偏振状态，该系统允许多次内部反射，模仿更大透镜的功能。在此用例中，我们展示了这种系统的工作原理。为此，我们定义了一组具有不同入射角的平面波，然后通过系统传播以计算最终的焦点。然后可以使用此信息进一步优化设置，但这超出了此用例的范围。 2 设想系统基于：Wong, Timothy 等人，‘Folded Optics with Birefringent Reflective Polarizers’，Proc. SPIE 10335（注：本用例不包含系统的优化，只讨论此类系统的工作原理。） 3.1建模任务 1：系统中偏振状态的调查.3.2建模任务 2：焦点调查 4.1模拟结果 – 偏振状态4.1.1系统的偏振状态 4.2模拟结果 – 焦点调查4.2.1点图和模式辐照度 – 0°4.2.2点图和模式辐照度 – 10°4.2.3点图和模式辐照度 – 20°4.2.4点图和模式辐照度 – 40°

将文本文件如光场等导入VirtualLab Fusion 1 摘要VirtualLab Fusion 提供直观的数据导入工作流程，支持各种数据格式。用户可以导入 2D 数据阵列（例如光场数据）或等距和非等距 1D 阵列，例如特定材料的色散曲线。此用例引入了一种工具，使用户能够从任何类型的文本文件导入数据。 2 文本文件的导入您可以通过导航至文件 > 导入 > 导入文本文件来访问导入工具。它支持各种自定义文本数据格式，如 txt 或 csv文件。3 数据数组类型可以导入 1D 和 2D 数据数组。对于具有多个子集的 1D数据，用户可以指定各个集合是否由文本文件的列或行表示。 3.1数据阵列类型——非等距数据阵列对于非等距数据阵列，用户可以指定坐标是否已在文件中提供或需要在向导中定义。如果选择前一个选项，软件将从第一列（或行）提取坐标。如果选择后一个选项，则遵循与等距数据相同的工作流程。 3.2坐标的定义3.3物理性质 - 单位4 示例

TRCX: 使用TRCX分析LTPS & LTPO TFT 结构信息Cst的结构单位像素电极命名在TRCX中定义模型堆栈结构TRCX自动分配电极名称3D结构生成计算结果

利用衍射表面消色差的混合目镜建模 1. 摘要同时具有折射和衍射表面的混合透镜已成为一种极具潜力的解决方案应用于多种领域。在此案例中，我们将演示混合目镜的一个例子，其中利用衍射透镜表面对色差进行了校正。由ZemaxOpticStudio®进行初始化设计，并导入VirtualLab Fusion进行进一步研究。建模可以基于期望的波前相位响应或者考虑实际的衍射表面结构（以连续或量化的方式）进行。2. 设计与建模任务基于波前相位响应的分析 1. 轴上情况：光线追迹分析2. 轴上情况：场追迹分析3. 离轴情况：光线追迹分析4. 离轴情况：场追迹分析基于实际表面结构进行分析 1. 衍射透镜结构的设计2. 近轴情况：想要的与不想要的衍射级次3. 量化衍射透镜结构的可视化4. 近轴情况：不同量化的方案5. 离轴情况：想要的与不想要的衍射级次6. 近轴情况：不同量化的方案7. VirtualLab Fusion一瞥8. VirtualLab Fusion中的工作流程从Zemax OpticStudio®中导入光学系统- Import Optical Systems from Zemax [使用案例] 配置衍射透镜参数运行的配置- Usage of the Parameter Run Document [使用案例] 9. VirtualLab Fusion 技术 10. 文件信息

从Zemax OpticStudio导入光学系统摘要 ZemaxOpticStudio®是一款广泛使用的光线追迹软件。VirtualLab Fusion可以从Zemax OpticStudio®导入光学系统，包括完整3D位置信息和镜片玻璃。导入后，光学系统的结构数据将显示为单独的表面或可以组合成VirtualLab Fusion中的组件。VirtualLab Fusion可以对导入的光学系统进行光线追迹仿真，更重要的是可以进行场追迹以进一步分析系统。Zemax导入的预处理 • 用户PC中需要安装Zemax OpticStudio®（最低版本15.5 SP2）。• 需要Zemax OpticStudio®的有效许可证（需要插入加密狗）。• 在VirtualLab Fusion的全局选项对话框中，请将Zemax OpticStudio®用户数据的路径设置为Zemax的“Glasscat”文件夹所在的地址。导入Zemax OpticStudio®系统在VirtualLab Fusion中，可以通过以下步骤导入Zemax OpticStudio®文件：• 文件→导入→导入Zemax OpticStudio®系统• 然后打开Zemax系统示例文件，其扩展名为“.ZMX”，包含了结构数据。• 或者，您可以将Zemax文件拖放VirtualLab中导入。导入Zemax OpticStudio®系统• Zemax OpticStudio®数据中的每个界面都对应于VirtualLab Fusion中的单个界面组件。• 如果要导入的系统包含多个界面，则在导入期间会出现一个弹出窗口，询问是否应将界面组合为光学界面序列（OIS）组件。导入Zemax OpticStudio®系统 • 默认情况下，VirtualLab Fusion会建议将坐标断点之间的界面组合到单个OIS组件中，因为它们通常是符合实际的。• 导入过程中将自动转换坐标信息，VirtualLab Fusion中导入的光学设置应包含正确的位置信息。构建光学系统• 在组合界面后，Zemax OpticStudio®的原始光学系统在VirtualLab Fusion的光学设置中显示为几个OIS组件。• 使用默认的平面波源，其光谱根据Zemax OpticStudio®文件的波长进行初始化，并根据输入光圈直径定义其尺寸。仿真结果-3D光线追迹 • 我们从光线追迹系统分析器开始，VirtualLab和Zemax OpticStudio®中得到的结果是类似的。仿真结果-2D光线追迹• 然后，运行光线追迹模拟，VirtualLab中获得的结果也与Zemax OpticStudio®的结果一致。仿真结果-场追迹• 要包括场信息和其他传播效应（如衍射），只需切换到VirtualLab Fusion中的场追迹引擎即可。文件信息

跨平台光学建模与设计物理光学软件VirtualLab Fusion构建了一个可组合不同的内置和自定义场解算器的平台，实现了快速的物理光学仿真和设计，并嵌入了光线追迹。这种多解算器的概念使跨平台方法成为了可能，即可从外部访问VirtualLab Fusion。在两个例子中，我们演示了与Matlab和Python的交互。通过这种方式，可以使用来自其他程序或编程语言的工具和算法来扩展模拟、优化、设计和后处理的选项。 VLF和Python的跨平台仿真我们演示了如何使用Python访问VirtualLab Fusion中的场解算器，并将它们与Python函数一起使用以进行进一步分析。 VLF和MATLAB的跨平台仿真VirtualLab Fusion及其场解算器也可以使用MATLAB访问。将演示使用MATLAB和VirtualLab Fusion进行光栅分析和优化的示例。

自定义VirtualLab Fusion以满足您的需求我们希望在VirtualLab Fusion中提供完善的灵活性，以便能够通过软件满足各种建模或设计任务的特定需求。这种多功能性可以通过VirtualLab Fusion中各种类型的可编程元件实现，从光源到探测器，再到组件等等。这里我们演示两个例子：定制分析器和模块。在第一个例子中，可编程光栅分析器用于读取和显示特定的光栅衍射特性，以便进一步分析; 第二个示例显示了如何通过自定义模块控制IFTA设计，避免了软件的图形用户界面。可编程光栅分析器我们将展示如何使用可编程光栅分析器访问并显示光栅衍射信息，并将其用于进一步的分析或优化。用于执行IFTA设计模块的程序此示例显示如何使用自定义C＃模块在VirtualLab Fusion中执行IFTA设计。

自定义VirtualLab Fusion以满足您的需求们希望在VirtualLab Fusion中提供完善的灵活性，以便能够通过软件满足各种建模或设计任务的特定需求。这种多功能性可以通过VirtualLab Fusion中各种类型的可编程元件实现，从光源到探测器，再到组件等等。这里我们演示两个例子：定制分析器和模块。在第一个例子中，可编程光栅分析器用于读取和显示特定的光栅衍射特性，以便进一步分析; 第二个示例显示了如何通过自定义模块控制IFTA设计，避免了软件的图形用户界面。可编程光栅分析器我们将展示如何使用可编程光栅分析器访问并显示光栅衍射信息，并将其用于进一步的分析或优化。用于执行IFTA设计模块的程序此示例显示如何使用自定义C＃模块在VirtualLab Fusion中执行IFTA设计。

可编程光栅分析器摘要对于不同的光栅应用，人们可能希望以不同的方式获得光栅衍射特性。除标准光栅阶次分析器外，VirtualLab Fusion还提供了完全可自定义的分析器。在这个例子中，我们展示了如何访问完整的光栅衍射信息，显示它们，并将其用于进一步分析或优化。我们使用柱状光栅进行说明，并展示如何通过参数运行访问感兴趣的结果。编程任务初始化基本参数特定阶次的效率所有光栅阶次的效率所有光栅阶次的效率参数运行 - 变化波长走进VirtualLab文件信息

编程用于执行IFTA设计的模块摘要在衍射光学元件 (DOEs) 如分束器的设计中，通常采用迭代傅里叶变换算法(IFTA)。VirtualLab Fusion为所有设计参数的配置提供了一个循序渐进的向导。然而，对于某些特定的设计任务，能够以自动化的方式执行算法而不需要图形用户界面是很有意义的。因此，在本文中，展示了利用VirtualLab Fusion中自定义的C#模块来执行IFTA设计。任务描述和示例代码IFTA设置的准备工作为了运行该模块，必须生成初始IFTA文档结果产生的相位函数文本文件中的性能输出文件信息

深聚焦光如何将光聚焦到一个越来越小的光斑上，是光学领域中一直存在的问题，特别是最近，已发展出各种旨在深聚焦光的方法。研究高数值孔径条件下的光聚焦通常需要全矢量电磁仿真技术。我们使用VirtualLab Fusion软件演示了不同偏振态(如径向)和孔径形状(如环形)对聚焦区域电磁场的影响，这种分析既可以用理想透镜，也可以用具有明确结构和材料信息的真实透镜进行。用消球差透镜对各种偏振光束进行深聚焦VirtualLab Fusion中的消球差透镜模型，为分析具有不同形状孔径的各种偏振矢量场的聚焦效果，提供了一种简便的方法。分析高NA物镜聚焦高NA物镜广泛应用于光刻、显微等领域。在对这种聚焦系统的仿真中，考虑光的矢量特性是非常重要的。

利用消球差透镜对各种偏振光束进行深聚焦摘要了解高NA物镜的焦点附近的矢量电场分布对显微镜、光镊、激光加工等应用是非常重要的。高NA物镜通常被认为是消球差透镜。通过VirtualLab Fusion中消球差透镜，我们展示了如线性、圆形和径向偏振光束等各种偏振光束的聚焦。我们研究了关于不同形状的孔径的聚焦场，例如圆形和环形孔径。建模任务圆形与环形孔径：线偏振入射圆形与环形孔径：圆偏振入射圆形与环形孔径：径向偏振入射走进VirtualLab FusionVirtualLab Fusion技术文件信息

分析高数值孔径物镜的聚焦摘要高数值孔径物镜广泛用于光学光刻、显微镜等。因此，在聚焦模拟中考虑光的矢量性质是非常重要的。 VirtualLab非常容易支持这种镜头的光线和光场追迹分析。通过光场追迹，可以清楚地展示不对称焦斑，这源于矢量效应。照相机探测器和电磁场探测器为聚焦区域的研究提供了充分的灵活性，并且可以深入了解矢量效应。建模任务入射平面波波长 2.08 nm 光斑直径： 3mm 沿x方向线偏振如何进行整个系统的光线追迹分析？如何计算包含矢量效应的焦点的强度分布？概览 •样品系统预设为包含高数值孔径物镜。 •接下来，我们将演示如何按照VirtualLab中推荐的工作流程对样本系统进行模拟。光线追迹模拟 •首先选择“光线追迹系统分析器”（Ray Tracing System Analyzer）作为模拟引擎。 •点击Go！ •获得3D光线追迹结果。光线追迹模拟 •然后，选择“光线追迹”（Ray Tracing）作为模拟引擎。 •单击Go！ •结果，获得点图（2D光线追迹结果）。光场追迹模拟 •切换到“第二代场追迹”（Field Tracing 2nd Generation）作为模拟引擎。 •单击Go！光场追迹结果（照相机探测器） •上图仅显示Ex和Ey场分量的强度。 •下图通过整合Ex、Ey和Ez分量显示强度：由于高数值孔径情况下相对较大的Ez分量，可以看到明显的不对称性。光场追迹结果（电磁场探测器） •通过使用电磁场探测器获得所有电磁场分量。文件信息

GLAD：ZIG-ZAG放大器概述所谓ZIG-ZAG放大器是指光束在同一台放大器传输多次，获得多次放大，光束的传输路径呈现之字型。图1给出了由两面反射镜构成的ZIG-ZAG放大器。光线-1, 0，+1可以通过ZIG-ZAG放大器进行传输放大。只有光线经过的区域反转粒子数才会被消耗。图1.ZIG-ZAG放大器示意图系统描述对于本例介绍的ZIG-ZAG放大器，光束将在两面反射镜之间来回反射，被其中的增益介质多次放大，直到从反射器边缘出射，如图2所示。图2.ZIG-ZAG放大器结构示意图，光线的路径显示了两次反射构成的完整传输周期模拟结果图3.初始入射光束的光强分布图4.ZIG-ZAG放大器输出的被放大后的光束图5.ZIG-ZAG放大器中两光束传输过程中的光强变化图6.ZIG-ZAG放大器中反转粒子数的消耗情况

大角度点阵投影仪角度点阵投影仪是Apple Face ID中的关键光学元件，它可以将结构化的点阵图案投射到面部上，从而创建3D面部图。点阵投影系统通常采用VCSEL单元阵列。来自VCSEL阵列的光首先由透镜系统准直，然后由二维光栅复制到大角度范围内。对这种系统的模拟将需要建立正确的VCSEL源模型、可靠的透镜系统处理方式以及具有相对小周期光栅的严格计算方法。在VirtualLab Fusion中，不同场求解器之间的这种关联是很常见的; 我们在下面的演示中展示了点阵投影仪的工作原理。点阵投影仪工作原理的物理光学建模演示作为演示，该案例展示了典型的点阵投影光学系统的工作原理，包括VCSEL阵列光源、透镜和分束器的物理光学建模。非傍轴衍射分束器的设计与严格分析傅立叶模态法（FMM）用于严格评估非傍轴衍射分束器，最初使用IFTA和薄元近似设计。

用物理光学建模演示点阵投影仪的工作原理摘要点阵投影仪是启用Apple Face ID的关键组件。该系统通常由发光单元阵列，透镜和分束光栅组成。透镜系统与光栅一起投射，并复制阵列光源图案。在此示例中，我们构建了这种点阵投影仪系统并演示了其工作原理。为进行系统分析，我们使用VirtualLab Fusion进行光线追迹和场追迹。建模任务*文档中的非球面镜片是使用ZemaxOpticStudio®设计的光源建模轴上VCSEL单元的仿真离轴VCSEL单元的仿真-对于离轴VCSEL单元，镜头对输入光进行准直，准直角度与光源模式的位置相关。 -因准直角度的关系，光斑图案相对于轴上情况有所偏移。完整VCSEL阵列的仿真VirtualLab Fusion一瞥VirtualLab Fusion中的工作流程 •设置多模信号源 −基本光源模型[教程视频] •设置组件的位置和方向 − LPD II：位置和方向[教程视频] •在光学系统内配置光栅组件 •参数运行的配置 −参数运行文档的使用[使用案例]VirtualLab Fusion技术文件信息

非近轴衍射分束器的设计与严格分析摘要直接设计非近轴衍射分束器仍然是很困难的。由于有相对较大的分束角，元件的特征尺寸一般等于或小于工作波长。因此，它通常超出近轴建模方法的范围。在此示例中，将迭代傅里叶变换算法（IFTA）和薄元件近似（TEA）用于衍射元结构的初始设计，然后将傅里叶模态法（FMM）应用于严格的性能评估。设计任务纯相位传输的设计使用迭代傅立叶变换算法（IFTA）进行纯相位传输设计。结构设计在近轴假设下使用薄元近似（TEA）进行结构设计。使用TEA进行性能评估在近轴假设下使用TEA进行评估，即与设计方法相同使用傅里叶模态法进行性能评估使用严格的FMM进行评估以检查非近轴情况下的实际性能。进一步优化–零阶调整无需任何假设即可使用FMM直接进行结构优化。进一步优化–零阶调整无需任何假设即可使用FMM直接进行结构优化。VirtualLab Fusion一瞥VirtualLab Fusion中的工作流程 • 使用IFTA设计纯相位传输 •在多运行模式下执行IFTA •设计源于传输的DOE结构 −结构设计[用例] •使用采样表面定义光栅 −使用接口配置光栅结构[用例] •参数运行的配置 −参数运行文档的使用[用例]VirtualLab Fusion技术文件信息

GLAD：利用全息图实现加密和解密概述全息图能够通过两束相干光相干叠加获得。用其中一束光照射生成的全息图就可以得到另一束相干光，这样全息图就可以用作加密/解密的装置了。系统描述在本例中一个复杂的随机图样作为参考光源，用来恢复全息图样对应的物光源。加密过程中，让两束光干涉叠加得到干涉图样，并用胶片或者光刻胶记录下来，得到一个全息图；解密时，只使用复杂的随机图样照射前面形成的全息图就可以获得物光源信息。图1是加密过程示意图，在远场区两束光相干涉得到干涉图样，对于一个复杂的随机参考光源，任意选择一个物光源全息图样都会非常的复杂。仅仅依靠全息图是很难确定物光源的，只有使用同一个随机光源才能对其恢复，图2给出了解密过程示意图。通过遮挡板将恢复出的部分分量遮挡就可以滤除不必要的成分，如图3所示。图1.加密过程结构示意图图2.解密过程结构示意图图3.解密过程中去除不需要的成分模拟结果图4.初始待加密光束的光强分布（复杂光束）图5.点光源和图4所示复杂光束干涉形成的全息图样图6.解密过程中透镜焦平面上不加遮挡板时的光强分布图7.解密过程中透镜焦平面上引入遮挡板后的光强分布图8.解密过程重建后的复杂光强分布，是初始分布（图4）的完美重现

倾斜光栅研究表明，将倾斜光栅使用在基于光导的AR/MR显示系统中具有显著优势。该类型的光栅通常具有与波长相当的周期。因此，必须使用严格的计算方法来评估其性能。基于文献中的现有示例，我们展示了如何在VirtualLab Fusion中使用傅立叶模态方法（FMM）对具有不同几何形状的倾斜光栅进行建模。另外，我们也可以在参数优化的帮助下设计定制的倾斜光栅。用于光导耦合的倾斜光栅分析我们从文献中选择了不同的倾斜光栅几何形状。它们具有不同的倾斜角，填充因子和调制深度。此外，我们还使用傅立叶模态法（FMM）计算了衍射效率。倾斜光栅的参数优化与公差分析本例设计出了一种倾斜光栅，并以傅立叶模态方法（FMM）为内核的优化算法中对其进行参数优化。该倾斜光栅可实现将光耦合到波导中的高衍射效率。此外，本例还包括对圆形边缘的制造公差的分析。

用于光波导耦合的倾斜光栅分析 1. 摘要因其在确定衍射级上的高衍射效率，倾斜光栅广泛用于将光耦合到光波导中。如今，倾斜光栅广泛用于增强现实和混合现实应用中。本示例中将示范如何使用VirtualLab Fusion分析文献中具有特定参数的某些倾斜光栅的几何形状（例如倾斜角、填充因子和调制深度）。另外，研究了不同入射角对衍射效率的影响。2. 建模任务3. 衍射效率vs.相对深度4. 衍射效率vs.倾斜角5. 衍射效率vs. 填充因子6. 衍射效率vs.变化的入射角7. 走进VirtualLab Fusion8. VirtualLab Fusion 的工作流程光波导耦合光栅结构的配置倾斜光栅的高级配置 [使用案例] 使用特殊材料的光栅结构配置 [使用案例] 使用界面的光栅结构配置 [使用案例] 耦合光栅衍射效率分析自定义的光波导耦合光栅评价探测器 [使用案例] 通过扫描特定的参数来检查效率参数运行的使用 [使用案例]9. VirtualLab Fusion 技术10. 文件信息

倾斜光栅的参数优化与容差分析对于许多应用来说（例如背光、光学连接器和近眼显示），如何将光高效地耦合到波导结构中是一个重要的问题。对于这些应用，倾斜光栅因为能够高效地耦合单色光而被熟知。在此示例中，介绍了使用严格的傅里叶模态法（FMM，也称为RCWA）对倾斜光栅进行优化。对于给定的方向级次，优化的光栅展示出超过90％的衍射效率。此外，还研究了斜率偏差和光栅圆角的影响。设计任务1级参数优化结果-容差分析结果-容差分析VirtualLab Fusion一瞥VirtualLab Fusion中的工作流程构建光栅结构 −使用特殊材料的光栅结构设定[用例] −倾斜光栅高级设定[用例] •光栅衍射效率分析 −光栅阶序分析器[用例] •使用参数优化进行光栅参数优化 •使用参数运行的容差分析VirtualLab Fusion技术文件信息

泊松亮斑仿真和双缝建模 1818年泊松亮斑的首次观测是光学史上最有意义的实验之一，它有助于（当时）人们摒弃光的粒子性这一主流观点。当菲涅耳向法国科学院介绍他的衍射理论时，委员会成员泊松嘲笑菲涅耳的方法，因为它预言了光束经过圆形障碍物的阴影中会有一个亮点。在这里，我们在VirtualLab Fusion中演示了这种效应，并且借助可编程功能，还可以研究由不同障碍物引起的衍射效应。对后一种情况中，我们通过功能型实例提供了双缝建模的示例。泊松亮斑的观察泊松亮斑实验中衍射的重要作用为光的波动性提供了证据。我们在这里对这个关键实验进行了模拟。编程一个双缝函数给出了一个用于定义双狭缝函数的示例代码片段，其中包含可自定义的狭缝宽度和间距。