新增功能 | 波动光学分析——OAS光学分析软件

可以模拟相干光束通过一个光学系统。波动光学仿真模块的许多通用特性使您能够分析和研究不同的光学系统。通过对系统的任何部分进行一系列调整，波动光学仿真模块使您能够精确地进行光学设计，并允许您在光束的不同横截面上检查产生的光学图案。使用波动光学仿真模块，可以 :

• 完全精准地分析光学系统。

• 完全追迹偏振光线，在整个系统的各个阶段检查光束的振幅、相位和偏振状态。

• 光学系统从源到探测器，包括 : 高斯光束，透镜，镜反射镜，偏振器件，衍射光栅，棱镜，孔径，相位 / 振幅掩模，多层薄膜，探测器以及更多。

• 可以模拟如 : 双轴双折射晶体、全息原理、倏逝波等等。

传统物理光学方法基于电磁理论和傅里叶分析，通常需要考虑色散、衍射和系统像差的综合影响，以及需要大量的采样点以正确执行傅里叶变换。对此，OAS 使用新的分析和处理光束的方法：光束追迹算法，在保证准确度的同时有效处理(脉冲)场的传输和应用。

主要功能

- 任意光场和曲面波前分布

- 任意光谱轮廓的分解

- 锐边截断高斯光束

- 真实物理场的传播

- 自由空间传播的时空耦合

- 独特的矢量传播算法

- 自适应复杂的光学系统

（成像镜头在不同传播距离下的点扩散函数）

（Hubble 望远镜 PSF 图）

该模块可以应用于测量物质结构，表面缺陷。在成像中，可以改善显微镜或者望远镜的成像质量。利用干涉衍射中的相位信息进行 3D 的成像等。矢量场的传播在光通信，激光加工与微纳制造等方面有着关键的作用，可以应用于光通信、多模光纤等需要精确控制光束的领域。

为了应用超短脉冲的衍射建模和其在传播中的时空耦合，OAS 运用了更为先进的方法，可以模拟实际光学系统中超短脉冲束的传播，可以应用于冷却加工、飞秒激光和量子通信等领域。

应用场景

- 锐边孔径的模拟

- 多光束多波长干涉

- 菲涅尔远场衍射

- 复杂波前输入场的仿真

- 高 NA 聚焦的矢量衍射

- 超短脉冲传播时空耦合

- 衍射光栅的超短脉冲整形

脉冲传播

（脉冲场在自由空间中的传播）

超短脉冲非球面聚焦（脉冲前沿落后于相位前沿)

可设计各种光栅结构，包括方波全息光栅，闪耀光栅，正弦、梯形、三角形、三点折线式及其它许多结构光栅等，包含衍射光栅、结构、衍射光学元件、光伏系统和光谱光栅。光栅的特征尺寸可以从纳米到毫米量级。同时可以计算衍射效率、近场、偏振、反射、透射以及内部场。全息光栅、布拉格光栅、表面光栅、光子晶体、衍射光束分束器、偏光器、抗反射各种定制特性可以使用户分析和优化用户自定义结构的光栅。这些包括导入测量的高度轮廓以及 使用公式描述一个高度轮廓的可编程高度轮廓或者折射率分布介质。

主要功能

- 拥有全局和局部优化算法；

- 2D 和 3D RCWA ( 严格耦合波分析 ) 算法；

- 并行计算能力；

- 严格设计 1D 和 2D 亚波长光栅；

- 严格设计广角 1D 和 2D 光束分束器和点阵器件；

- 薄膜分析，衍射级次及相位角分析，圆锥衬边及任意偏

振；

- 严格分析任意自定义的 1D 光栅；

- 光栅设计；

- 快速和有效的多线程优化算法，遗传算法设计优化；

- 光源可以偏振和非偏振光源；

- 可以优化光栅材料参数和光栅结构参数；

- 任意复杂光栅如多材料，膜层，内部结构等；

- 任意偏振状态分析，各级指数任意变换，任意光栅

级次分析，可编辑材料数据库，基于遗传算法优化，

可输入任意代数约束表达式，任意数量控制参数，多

重衍射效率目标，全差分优化选项控制。

- 任意光栅参数分析，包括光栅厚度，材料，电介质

材料和金属材料折射率（可通过实部和虚部来定义）；

- 仿真计算精度高，材料齐全；

(光栅单色仪)

(反射光栅)

(理想光栅追迹)

杨氏双缝干涉

牛顿环

楔形玻璃的等厚干涉

（在不同倾角下产生不同密度的条纹）

玻璃平板的等倾干涉

（不同厚度的玻璃平板产生不同密度和形状的干涉条纹）

迈克尔逊干涉仪

指定输入场（如高斯）和目标场（如超级高斯），可以采用几何法求解DOE的相位分布；也可以通过傅里叶迭代算法求解DOE,计算此DOE的输出场，使用迭代算法求解DOE时，可以使用随机相位作为迭代傅里叶变换的初始相位分布，也可将几何求解结果作为迭代的初始相位。

DOE 的 5 种工作结构及其对应的场传输计算 :

1. 1f : DOE 紧贴透镜放置（或直接与透镜胶合在一起），像面位于透镜的后焦面上；此时像面上的复振幅分布是DOE 面复振幅分布的菲涅尔衍射。

2. 2f : DOE 在透镜的前焦面上，像面位于透镜的后焦面上；此时像面上的复振幅分布是 DOE 面复振幅分布的准确傅里叶变换。

3. 菲涅尔 ：无透镜菲涅尔传输，需满足近轴近似。

4. 远场 ：只采用 DOE，成像距离远大于 DOE 尺寸；近轴近似采用菲涅尔衍射计算，无近轴近似采用瑞利 - 索末菲衍射计算。

5. 角谱 ：采用空间频率计算。

(规则分束器 1,2F 系统OAS 振幅优化的迭代输出场和 DOE 初始相位)

(规则分束器 2 近轴远场系统OAS 的振幅、光强度优化迭代输出场、OAS 的 DOE 初始相位分布)

偏振光源 -- OAS 可根据用户需求自由设置光源的偏振态。

偏振元件 -- OAS除了包含理想的线偏器件和延迟器，还可以设置真实偏振元件如偏振延迟器、双折射晶体和液晶等。

膜层分析 -- OAS可独立对膜层组进行反射率&透射率分析；可绘制s,p反射率、透射率随波长或入射角变化的曲线;并可独立对膜层组绘制导纳圆图辅助设计。

(分束器示例)

(液晶晶向图)

(导纳圆图)

(偏振分析)

(应力双折射案例)