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光学设计

现代光机系统包含大量不同种类的光学元件,如折射透镜、衍射透镜、折衍混合透镜、菲涅尔和渐变折射率透镜以及衍射光学元件等,我们常用典型应用如透射/反射测量、颜色测量、荧光测量、辐射发光测量、吸光度测量、LIBS激光诱导击穿光谱、Raman拉曼测量、高光谱、VCSEL、紫外吸收测量、DOAS气体差分吸收测量等,一个完整光机应用系统,都需要进行光机设计,莱森光学(深圳)有限公司依据自己行业里10多年丰富解决方案经验,用可以为用户提供高质量的光学设计方案。


 一个有效的光学建模要求将所有这些类型的元件和光源放在一起进行高精度且快速的仿真模拟。在光学模拟与设计中包含了衍射、干涉、部分相干、像差、偏振等各种物理效应,从而能够高精度的进行光学模拟与设计。光学设计需要具备复杂的光线追迹、几何场追迹、场追迹模拟;几何场追迹模拟则是通过使用几何光学的方法来近似求解麦克斯韦方程组,从而能够快速的完成各种复杂光学系统的模拟仿真,同时在模拟过程中包含了除衍射外的各种物理效应。经典场追迹模拟引擎与几何场追迹模拟引擎的联合使用,既能够保证光学系统模拟和设计的精度,又能够保证其速度,是物理光学和几何光学的完美结合。最后,其传统的光线追迹模拟引擎能够快速的完成光学系统的性能评估。


 我们通过行业里多年的光学应用解决方案经验,我们具备以下主要能力:

1.  几何光学设计:成像镜头设计、成像质量分析、温度环境分析、加工公差分析等

2.  物理光学设计:激光等光源系统及元件的设计分析、光学相干衍射特性分析、光源耦合等

3.  光机系统设计:光机一体化系统设计、光谱系统、多维扫描系统等


以下是一些典型光学设计分析介绍

1. 纳米、微米和宏观光学的统一建模

设计模拟激光光学,微光学系统,衍射光学,干涉,成像和照明系统。光学系统中可以包含折射、衍射、混合、菲涅尔和渐变折射率透镜,扩散器

光分束器、光整形器、计算产生全息、相位板衍射光学元件以及自由表面曲面和微透镜阵列。基于统一光学建模技术,可以使用从几何光学到物理

学不同的传输模型进行光传输建模。而几何场追迹与经典场追迹的联合使用,可以快速并高精度的完成光学系统的模拟仿真和设计工作。


2. 衍射和微光学元件设计

       可以设计衍射光束分束器、扩散器和整形器。这些元件也被称为衍射光学元件、计算机全息、相位板或者相息。衍射光束分束器允许将一束激光分成光束阵列。衍射扩散器能够使确定的散射光线进入任意2D光图案。扩散器和光束分束器可以用来转换相干光和部分相干光源。衍射和折射光束整形可以将相干激光光束整成环形、矩形高帽、线型或者自定义2D强度分布。



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3. 2D和3D光栅的严格分析和设计

       可以对2D和3D光栅进行严格的电磁场分析和设计,包含衍射光栅、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,光栅工具箱可以计算衍射效率、近场、偏振、反射、透射以及内部场。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。



4. 灵活的激光谐振腔本征模分析

       可以分析稳态和非稳态激光谐振腔的本征模。分析包括了基膜、高阶模和本征值的计算。依赖于经典场追迹技术,可以将从几何光学到电磁场处理的各种光束传输方法最佳的组合起来。因此允许腔内包含微结构和DOE元件,模拟受激介质的折射率调制以及任意形状的基膜。分析表面轮廓和介质以及自定义元件目录为定义谐振腔提供了非常大的灵活性。公差模拟可以研究一个谐振腔的稳定性。


5. 光源的整形和均匀化

      利用经典场追迹进行光源系统的分析和设计。场追迹使用强调衍射光学和微结构整合的新概念,这给光源以及其它高发散辐射光源的整形和紧凑照明系统的设计提供了更大的灵敏性。


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    现代光机系统包含大量不同种类的光学元件,如折射透镜、衍射透镜、折衍混合透镜、菲涅尔和渐变折射率透镜以及衍射光学元件等,我们常用典型应用如透射/反射测量、颜色测量、荧光测量、辐射发光测量、吸光度测量、LIBS激光诱导击穿光谱、Raman拉曼测量、高光谱、VCSEL、紫外吸收测量、DOAS气体差分吸收测量等,一个完整光机应用系统,都需要进行光机设计,莱森光学(深圳)有限公司依据自己行业里10多年丰富解决方案经验,用可以为用户提供高质量的光机设计定制化方案。


    光学测量:干涉仪、显微镜、单色仪、光谱仪

    通过高速物理光学,彻底的研究干涉仪,光谱仪和传统式或结构照明式显微镜的成像质量与分辨率限制。

    1.   可利用光学软件来建构、分析全像光栅分光仪 (Holographic Grating Spectrometer) ,设定出一个多波长的发光源,来进行一个范例的模拟及分析。

    2.   杂散光计算:利用 软件来建构任何复杂的结构分析,并提供给详细的分析结果,也可以精确地模拟出涂黑漆所产生的杂散光效应,看到杂散光形成及其路径,还可以将杂散光的分析结果分类,导出所需的报表或图形格式。

    3.   数组透镜-光照度计算:可以用非序列追迹光线方式及相干光计算,可明显的表示出 FRED 的分析结果,与实际系统是一致的。

    4.   干涉测量系统:相干光 (Coherent) 传递及干涉测量系统的模拟,可以用软件分析出光的传递过程,分光 ( 分出参考光 ) 、以及分析一个相干光的干涉图形,光源也可以设定为高斯光束分布、相干光、偏振特性,使光源更符合实际的激光。

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成像系统:衍射透镜、高级PSF/MTF、鬼像、光栅

     通过物理光学、几何光学实现透镜系统的建模。对包含鬼像和部分相干性的系统也可以提供可靠的PSF/MTF评估。系统中可以包含光栅,全息光学元件以及衍射透镜。

     1. 透镜系统鬼像分析:透镜在实际应用时,所无法避免的现象 - 鬼像,可从透镜设计软件导入透镜系统,依照需求设定多波长的光源,也可自行定义光线的序列近轴追迹方法,或是定义各透镜表面的光学特性 ( 镀膜/散射等 ) ,分析鬼像的不同光线路径、鬼像的照度分析。

     2. 照明和非成像系统:以对光源反射罩或组合透镜的面型进行优化,使得能够在分析面上得到所需的照度分布,而且FRED可以生成照度分布图,于直观的了解。另外,还可以导入光源的光线文件,生成光线分布列表,快速建立自定义光源。


    激光系统:光束传输、扫描系统、FS脉冲建模、晶体建模

    物理光学可以有效的实现对激光光源、衍射、干涉、偏振和非线性效应的建模,同时可以使用任意感兴趣的光束参数。复杂光源模型,包括激光、像散激光二极管、VCSELs、LEDs、部分相干光源、飞秒脉冲和X射线光源。

光束整形:折射光学、衍射光学、扩散器、微透镜阵

    能够使用自由表面、衍射光束分束器与图案生成器,扩散器和常规阵列微光学元件(包括但不仅限于微透镜阵列)实现光束整形。

虚拟和混合现实:虚拟和混合现实

    能够对多通道波导成像系统进行非序列建模,并对VR/AR/MR等设备的波前差、能流和PSF/MTF进行评估。

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