VirtualLab Fusion原理簡介
VirtualLab Fusion是德國LightTrans公司以場追跡概念開發出來的一款高速物理光學仿真平臺，其集成了從幾何光學到物理光學、從近似到嚴格的各種麥克斯韋方程求解器，如LPIA（局部平面界面近似）、LLGA（局部線性光柵近似）、RK-BPM（龍格庫塔光束傳輸方法）、TEA（薄元近似）、FMM/RCWA（傅里葉模態發/嚴格耦合波法）等，能夠對如幾何透鏡、自由曲面、衍射透鏡、全息元件、GRIN透鏡以及光柵和Meta-Grating等各類元件進行仿真和分析，以及如Geometric（幾何）、SPW（平面波譜）、Fresnel（菲涅爾）、Far Field（遠場）、Rayleigh Sommerfeld（瑞利索墨菲）等，能夠對各種自由空間傳輸進行計算。同時，VirtualLab Fusion還提供了三種傅里變換方法，包括FFT（快速傅里葉變換）、Semi-Analytical FT（半解析傅里葉變換）以及Pointwise FT（逐點傅里葉變換）。對于包含各類光學元件的整個復雜的光學系統，通過非序列追跡功能，將所需的求解器連接起來，并通過選擇合適的傅里葉變換方法，以在空間域或者空間頻率域進行光場傳輸計算，從而能夠在保證計算精度的情況下，更快的完成整個系統的仿真和分析，以實現高速物理光學仿真。在整個仿真過程中，會考慮各種物理光學效應，如干涉、衍射、像差、偏振、相干以及矢量效應等。
集成了各類麥克斯韋方程求解器
通過連接各種場求解器以實現高速物理光學建模
功能特性
作為全球唯一一款基于場追跡概念來開發的高速物理光學仿真軟件，VirtualLab Fusion為用戶提供了光學建模和仿真所需的各種功能和特性：
• 光線追跡和光場追跡，兩者可以一鍵切換；
• 序列和非序追跡；
• 用戶可自定義選擇從幾何到物理、從近似到嚴格各種光學建模技術；
• 用戶可自定義選擇FFT（快速傅里葉變換）、Semi-Analytical FT（半解析傅里葉變換）以及Pointwise FT（逐點傅里葉變換）；
• 豐富的庫系統，包括光源庫、元件庫、界面庫、介質庫、材料庫、探測器庫等九大庫系統，能夠快速的完成系統的建模；
• 參數掃描和參數優化，可對系統進行公差分析以及優化；
• 多軟件接口，如Macleod、LASCAD、ZEMAX、JCM Suit等；
• 可導出多種格式結構，如GDSII、STL、IGES、ASCII、Bitmap等；
• 跨平臺聯合仿真和優化，如MATLAB、OptiSlang、Python等；
• 基于C#語言進行二次開發；
應用領域
VirtualLab Fusion能夠實現高速物理光學的建模和仿真，已廣泛的應用于高校、研究所以及各知名光學企業。其主要應用領域如下：
1. 光束整形
VirtualLab Fusion能夠使用自由曲面，衍射光束分束器與圖案生成器，擴散器和常規陣列微光學元件（包括但不局限于微透鏡陣列）實現光束整形。
1) 折射光束整形
2) 衍射光束整形
3) 擴散片
4) 微透鏡陣列和微結構單元陣列
SLM像素處衍射效應仿真和分析
2. 光學測量
通過高速物理光學，對干涉儀、光譜儀和傳統式或結構照明式顯微鏡的成像質量與分辨率限制進行全面的研究。
1) 干涉儀
2) 顯微鏡
3) 單色儀
4) 光譜儀
對包含光柵的車尼爾-特納系統進行分析
3. 微納光柵
通過高速物理光學，可以對1D和2D微納光柵進行嚴格的電磁分析，獲得相應的近場、衍射級次以及衍射效應，同時能夠對光柵進行優化，以獲得所需要光柵結構參數并集成到整個光學系統中進行分析。
1) 1D和2D介質光柵
2) 1D和2D界面光柵
3) 衍射級次計算、偏振分析以及內部場計算
4) 優化
傾斜光柵的優化
4. 成像系統
通過高速物理光學，實現透鏡系統建模。提供對包含鬼像和部分相干性的系統的可靠的PSF / MTF評估。系統中可以包含光柵，全息光學元件以及衍射透鏡。
1) 衍射透鏡
2) 高級PSF/MTF
3) 鬼像
4) 包含光柵的成像系統
基于高NA物鏡對微結構晶圓進行成像檢測
5. 激光系統
高速物理光學可以有效地實現對激光光源、衍射、干涉、偏振的建模，并且可以使用任意感興趣的光束參數。
1) 激光傳輸
2) 掃描系統
3) 飛秒脈沖
4) 激光晶體
激光掃描系統的建模和仿真
6. 虛擬和混合現實
針對AR,VR以及MR應用，VirtualLab Fusion為用戶提供了多通道波導成像系統的非序列建模技術，建模過程中能夠對波前差、能流以及PSF/MTF進行評估。
光波導全視場角光線追跡
典型應用示例
1. 基于各種干涉儀的測量系統仿真和分析
2. 基于錐透鏡生成無衍射貝塞爾光束
3. 包含光柵的復雜光學系統仿真和分析
4. 光纖耦合系統的設計和優化
5. 基于表面光柵的光波導結構模擬與設計
6. 基于VCSEL陣列的點陣投影儀的人臉識別系統
7. 超表面結構的設計和優化
8. 非周期性微透鏡陣列整形
9. 衍射透鏡的設計和分析
10. 跨平臺聯合仿真與優化
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