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VirtualLab Fusion V7.4 (64ビット) 英語版

【2024,10月】 VirtualLab Fusionは幾何光学、波動光学、電磁光学にまたがる、他に類を見ない光学シミュレーションソフトです。回折光学素子の設計ツールとしてスタートし、様々な機能追加を経て現在では汎用的な電磁光学シミュレーションツールへと発展を遂げています。特にレーザー光を光源として扱う光学系の設計や解析を得意としています。
製品 Virtuallab fusion バージョン 7.4 (64ビット)
言語 日本語版 分類 光学ソフト
対応OS:WINDOWS 11 (64ビット),WINDOWS 7 (64ビット),WINDOWS 8.1(64ビット),WINDOWS 10(64ビット)
幾何光学的な解析は光を線と見なして計算する事で高速な解析を実現しています。
ただ、高 NA の光学系や微細加工の施されたワークで回折干渉の影響を詳細に捉えきれず、実測データに対し相違が発生する場合がございます。
VirtualLab では光の波の性質を捉える波動光学・電磁光学的な理論をベースとしたアルゴリズムを保有しておりますため、実測に近いシミュレーションが可能です。また、光線追跡エンジンも保有しておりますので複合的な解析が可能です。

Virtuallab fusion選ばれる理由

Virtuallab fusion回折/干渉の影響を正確に考慮した解析が出来る

幾何光学的な解析は光を線と見なして計算する事で高速な解析を実現しています。
ただ、高 NA の光学系や微細加工の施されたワークで回折干渉の影響を詳細に捉えきれず、実測データに対し相違が発生する場合がございます。
VirtualLab では光の波の性質を捉える波動光学・電磁光学的な理論をベースとしたアルゴリズムを保有しておりますため、実測に近いシミュレーションが可能です。また、光線追跡エンジンも保有しておりますので複合的な解析が可能です。

Virtuallab fusion回折/干渉の影響を正確に考慮した解析が出来る

VirtualLab はビーム整形素子の設計解析ソフトとしてスタートしており、長年の経験がございます。
また Toolbox （モジュール）を組み合わせる事で作成したビーム整形素子を含んだ光学系全体の解析が可能です。

Virtuallab fusion厳密解析の必要な素子を含む光学系全体の解析が出来る

VirtualLab では精度を落とさず、効率的な解析を行う仕組みがございます。具体的には統一光学モデリングと呼ばれる仕組みを使用してオブジェクト間の伝播アルゴリズムを自由に設定する事が出来ます。
例としては回折格子（グレーティング）を含む光学系ですと回折格子部分にのみ厳密解析を適用し、それ以外は別のアルゴリズムを適用する事が可能。
精度を保ちながら解析スピードを上げる事が出来ます。
また、光学系全体を一気に解析する事が出来ます。

Virtuallab fusion特徴

一つのプラットフォーム上でのレンズ、マイクロ光学素子、回折光学素子のモデリングが可能です。
回折、干渉、収差、偏光、ベクトル効果を含む幾何光学から物理光学までの光学モデリングが可能です。
LED、エキシマレーザー、マルチモードレーザーのような時間的、空間的な部分コヒーレント光源のシミュレーションが可能です。
ノンシーケンシャル物理光学解析により光の多重反射を考慮したシミュレーションが可能です。
超短パルスのモデリングが可能です。
光学素子と伝搬モデルをカスタマイズすることが可能です。
光学系をパラメトリック最適化することが可能です。
高速な物理光学技術を用いたVCSEL光源や、VCSELアレイのモデリング・シミュレーションが可能です。

Virtuallab fusion機能紹介

Virtuallab fusion高 NA レーザーと結像光学系のシミュレーション

VirtualLab Fusion は回折、干渉、収差、偏光およびベクトル効果を含む近軸と非近軸レーザーおよび結像光学系の調査が可能です。レンズデータは Zemax からインポートすることができます。プログラマブルインターフェース、光源、透過率、材質、媒質、コンポーネントを使用することで光学素子をカスタマイズすることができます。このツールボックスでは、例えば、焦点領域におけるファイバーの結合効率、ビーム パラメータ、PSF、MTF、パワー密度を評価することができます。

Virtuallab fusionマイクロ光学素子と回折光学素子のシミュレーション

回折レンズ、ハイブリッドレンズ、フレネルレンズ、GRIN レンズ、回折光学素子、ディフューザー、ビーム整形素子、回折ビーム スプリッター、計算機創生ホログラム、位相板とマイクロレンズアレイの光学的効果を解析することができます。光伝搬シミュレーションには回折、干渉、迷光、効率、均一性、信号対雑音比（SNR）とゼロ次光の強度を含みます。微細構造高プロファイルの測定データは、ASCII とビットマップ ファイルから VirtualLab にインポートすることができます。

Virtuallab fusion超短パルスのモデリング

VirtualLabではレーザー光学系を使用した超短パルスのモデリングと伝搬計算が可能です。伝播計算には、回折、干渉、収差、偏光およびベクトル効果が含まれます。パルス形状は横方向のレーザービーム位置によって視覚化することができます。

Virtuallab fusion時間的、空間的部分コヒーレント光の シミュレーション

いくつかの実際の光源は、例えば LED やエキシマ レーザー、マルチモード レーザー、熱源のように、時間的、空間的部分コヒーレント光を生成します。こうした光源の実際の光の分布のコヒーレンス特性をシミュレーションに含めることができます。これはその光学的機能が回折と干渉に基づく光学系で特に重要となります。

Virtuallab fusionパラメトリック最適化とパラメータ ラン

パラメトリック最適化ではレーザー光学系を含む様々な光学系を最適化することができます。電磁場追跡技術と光の電磁場の表現に基づいて、VirtualLab においては最適化の問題の目標を定義するメリット関数の一連の幅広い入力として完全なベクトル結果が提供されます。また、パラメータ ランでは事前に定義された方法、あるいは、モンテカルロ シミュレーションで使用されるようなランダムな方法で自動的にパラメータを変更するための枠組みを提供しています。

Virtuallab fusionカスタマイズされた面形状、光源、透過率、 屈折率変調媒

プログラマブル インターフェース、光源、透過率、屈折率変調媒質では単に式を入力することにより光学素子をカスタマイズすることができます。この機能により、例えば、ユーザー定義の自由曲面の回折、屈折またはハイブリッド面形状を有する光学素子を高速にモデリングすることが可能です。

Virtuallab fusion干渉計の高速シミュレーション

VirtualLabに実装された高速物理光学手法は、最もよく知られたマイケルソン・マッハツェンダー・ヤングなどの干渉計高速解析のためのツールとして提供しており、干渉縞内のコヒーレンスや分散効果の調査が可能です。光学系での光線追跡も想定されており、ユーザーフレンドリーなインターフェースで2つのエンジンを容易にスイッチすることが可能です。

Virtuallab fusionマイクロレンズアレイのモデリング・プログラミング

イメージングや波面センシング、光の均一化など多くの用途で有用なマイクロレンズアレイを用いた光学系の解析が可能です。異なる製造方法や製造過程により、異なるパターンのマイクロレンズアレイが存在します。VirtualLab Fusion Basicでは典型的な円形、矩形開口を有するマイクロレンズアレイを組み込み機能で搭載しています。また、それ以外のパターンは Programmable Interface 機能を用いることで表現することが可能です。

Virtuallab fusion2D、3D 回折格子の厳密解析と設計

VirtualLab Fusion（BasicおよびAdvancedエディション）は、典型的な光学セットアップのモデリング用に設計されており、設計用のパラメトリック最適化を備えています。
VirtualLab Fusion Basicではレーザー光学、マイクロオプティクス光学系、回折光学、干渉計、結像光学系、照明光学系のシミュレーションを行うことができます。屈折レンズ、回折レンズ、ハイブリッドレンズ、フレネルレンズ、GRINレンズ、回折光学素子、ディフューザー、ビーム整形素子、回折型ビームスプリッター、計算機創生ホログラム、位相板、回折格子、自由曲面を持つエレメント、マイクロレンズアレイを含む光学系で可能です。統一光学モデリングに基づいて、幾何光学から物理光学までの範囲で異なる伝搬モデルを用いて光の伝搬がモデル化されます。
VirtualLab Fusion AdvancedではBasicの機能に加え、回折格子などサブ波長構造に対するFMM / RCWAによる厳密解析が可能です。
回折格子は現代の光学分野において、様々なアプリケーションでますます重要性を増しています。メタ構造を含むサブ波長構造はベクトル電磁光学的手法を必要とします。
格子構造は面を積み重ねて構築され、均質な媒質も不均質な媒質も構築することができます。強力な設計機能により、VirtualLab では格子のローカル、グローバルパラメトリック最適化が可能です。パラメータランを行えば公差解析が可能です。

Virtuallab fusionVirtualLab Fusion 特徴

回折格子、ホログラフィック回折格子、ブラッグ回折格子、表面回折格子、フォトニック結晶、回折型ビームスプリッター、偏光子、反射防止構造、回折光学素子、太陽光発電システム、及び分光用回折格子を含む回折格子の厳密、近似的な電磁場の解析と設計をすることが可能です。
ナノメートルからミリメートルスケールサイズ2D/ 3D回折格子を扱うことが可能です。
回折次数、効率、ニアフィールド、偏光、反射率、透過率、吸収率と回折格子内部の電磁場の計算をすることが可能です。
孤立した回折格子デバイスの回折特性を分析したり、システム内の他のコンポーネントと組み合わせて使用した場合の性能をチェックしたりできます。
公差解析、パラメータ変動解析、パラメトリック最適化が可能です。

VirtualLab Fusion 機能紹介

ナノメートルからミリメートルスケールサイズ2D/ 3D回折格子を扱うことが可能です。
回折次数、効率、ニアフィールド、偏光、反射率、透過率、吸収率と回折格子内部の電磁場の計算をすることが可能です。
孤立した回折格子デバイスの回折特性を分析したり、システム内の他のコンポーネントと組み合わせて使用した場合の性能をチェックしたりできます。
公差解析、パラメータ変動解析、パラメトリック最適化が可能です。

Virtuallab fusion2D/3D 回折格子の解析

VirtualLab Fusion Advancedは 2D/3D格子の厳密解析にフーリエモーダル法（FMM）を使用しています。厳密解析は、平面波または一般的な入射波に行うことができます。カスタマイズされた格子構造だけでなく定義済みの回折格子、例えば、正弦曲線、三角形、のこぎり波、ホログラフィック回折格子も同じようにモデリング可能です。典型的なアプリケーションは偏光子、分光用回折格子、回折型ビームスプリッター、フォトニック結晶、ファイバー結合、サブ波長格子、モスアイ構造、人工媒質、0 次光回折格子の解析です。

Virtuallab fusionカスタマイズされた 2D/3D 回折格子

VirtualLab Fusion Advancedでは測定された1D/2Dの高さプロファイルをインポートすることが可能です。さらに、programmable interfaceとprogrammable mediaでは高さプロファイルまたは屈折率分布を記述する数式を入力することができます。スタックコンセプトにより均質、不均質媒質だけでなく面の連続体として回折格子を記述することができるようになります。

Virtuallab fusion電磁場分布の評価

回折格子の用途に応じて、シミュレーション結果の様々な評価が求められます。これには、例えば、回折次数、効率、ニアフィールド、偏光、反射率、透過率、吸収率と回折格子内部の場の計算が含まれます。

Virtuallab fusion回折格子の公差解析と最適化

VirtualLabの強力なパラメータランを使用すると、公差の影響を調べるために単一のパラメータ、多次元を走査するパラメータ、ランダムに（モンテカルロ)パラメータを変動させるが可能です。VirtualLab ではパラメトリック最適化により、定義済みもしくはカスタマイズされた格子構造を設計することができます。
最新の光学系の最適化には、多くの場合、大量のパラメータが含まれます。例として、回折格子の最適化では、回折格子の幾何学的パラメータだけでなく、所望の入射方向も考慮する必要があります。これにより、パラメータの数が大幅に増加したタスクが発生します。そのような場合のために、VirtualLab FusionはDynardo社のソフトウェアoptiSLangへのインターフェースを提供し、さまざまな高度な最適化アルゴリズムを適用できます。

Virtuallab fusionメタグレーティングへの厳密解析

メタグレーティングは、従来のグレーティングと比較すると、特に非近軸の場合に利点があることが示されています。メタグレーティングはナノピラーで構築されており、VirtualLab Fusion Advancedでは、FMM / RCWAを使用してメタグレーティングの回折効率を評価します。

Virtuallab fusion波動光学解析