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前言

感觉做VirtualLab的资料不是特别多，可能用的朋友也比较少吧，笔者最近也因为大创需要刚刚开始入门，把网上有的英文资料整理了一下，加了一点自己的内容发出来希望帮助更多在学习中的朋友，有用词不当之处还请多多包涵。

一、VirtualLab Fusion简介

因为是第一讲，简单啰嗦一下软件本身，参考官方介绍。

1.软件

VirtualLab是由德国LightTrans公司研发的一款物理光学建模分析软件，是一款全方位的光学虚拟仿真和生产设计软件。根据电磁场核心理论，它通过求解麦克斯韦方程组从而获得整个光学系统空间里的光波场的矢量信息，即场追迹，包括空间任何位置在各个矢量方向上的振幅、相位和偏振等光场数据都可以通过探测器测得，因而能为光学系统的建模和设计提供极大的准确性和灵活性.保证了所有模式光源和通过光学元件任意传输方法的完全兼容性。目前，VirtualLab兼容了几何光学、平面波角谱法、菲涅尔近轴近似、傅里叶模态法、光束传播方法、ABCD矩阵传输等多种模拟技术，对光学系统的不同介质区域， 可自动选择传输模拟技术,也可由用户根据需要自主设置传输方式,其发展目标是把所有的光学建模技术都融汇导VirtualLab的建模技术之中。该软件是目前市场上唯一一个统一化的光学建模与分析平台。该系统内核运用了有限元 FEM 数值计算方法和计算机图像处理技术， 在图形化的交互窗口中统一用 Light Path 流程图的形式进行光学系统的建模与仿真分析，其中的光源、光学元件、探测器都可以在光学元件库中灵活调用，并且能随时对其各种光学特性参数进行设置和编辑，其3dvision模拟功能可以给出光路的3维视图，有利于对光学成像系统进行直观的可视化教学。

2.内置工具箱：

在 VirtualLab 中，提供了基本工具箱（Starter Toolbox）、衍射光学工具箱（Diffraction OpticsToolbox）、光栅工具箱（Grating Toolbox）、 激光谐振腔工具箱（Laser Resonator Toolbox）、光源工具箱（LightingToolbox）等，让建模和设计更简单、更准确，更机动。
基本工具箱：基本工具箱是统一建模的平台，适用于各种光学系统分析，用于构建和分析多种光学系统，该工具箱可用来定义光源、平面波、球面波以及它们通过镜片、非球面界面、从 ZEMAX导入的透镜系统、折射率调制器件、光阑、光栅和衍射器件的传播，探测器则可以探测光场的各种数据。
衍射光学工具箱：衍射光学工具箱能实现光束整形设计、光束分束器设计和扩散器设计，并且能对输出光场的衍射效率、信噪比、均匀误差等做出评估。
光栅工具箱：光栅工具箱包含有多种类型的光栅可供选用，这为分析光栅和光子晶体提供了很好的支持，利用该工具箱可分析远场衍射和近场衍射以及衍射效率。
激光谐振腔工具箱：激光谐振腔工具箱主要用于激光谐振腔的建模和设计， 以及分析激光模式传播。
获取软件还是需要购买的

二、用户界面认识

1.上方菜单栏

上方为菜单栏，白色区域有5个永久菜单。

开始菜单（Start）可以用来创建或打开一个文件。
可以打开计算器。

五大工具箱都展示在这里了，（现在多了一个Light Guide工具箱），在这些工具箱中，使用者能够很容易的建立他们自己的光学系统并且利用合适的技术进行设计或仿真。更多细节请看后续章节。
光源菜单可以被用来产生各种光源和光谱。
e.g.我们想要一个高斯波
我们点击一下高斯波的按钮。
进入高斯波的编辑界面，在界面中你可以选择模式，定义光束大小，偏振态和光谱参数等，点OK可以创建出一个高斯光波。

有新的菜单出现了。后期会进一步讲解。
这是你的高斯光波。

然后我们进到功能菜单，这里有不同的传输函数，包括孔径，理想透镜，线性相位或者是光栅的传输函数。

e.g.我们点击锯齿光栅（Sawtooth Grating）的按钮，在编辑界面，我们可以定义光栅周期，光栅深度，我们也可以定义它是一个幅度调制还是一个相位调制。
点击OK，一个锯齿光栅的传输函数就建立好了。
下一个菜单是目录菜单，让用户能够使用Virtual Lab的目录。如光学器件、界面、材料的目录。也是在后面会详细介绍。
最后一个菜单是窗口菜单。可以处理打开的各个窗口。
比如我们可以迅速关掉打开的所有窗口。
也可以选择激活某个窗口，这在窗口打开较多时比较便捷。
我们来到刚刚多出5个永久菜单之外的新菜单，当我们点击一个正在运行的文件的时候，这些菜单就显现出来了。
这些菜单是与当前激活的窗口紧密相关的。
e.g.我们来到高斯波的窗口，我们点击一下这个窗口便激活它为当前窗口。
最上方会告诉我们当前运行的文件是一个谐波磁场。
一共有4个新菜单，视图、控制、传播、探测。
在视图界面，我们可以选择不同的视图属性。先在窗口中点击数据查看。

我们可以看到Ex,Ey,Ez并且选择是振幅显示还是相位显示。

图的颜色可以通过这里改变。有灰度、反向彩虹等模式。
在控制菜单，我们可以施行不同的操作，如傅里叶变换等。
在传播菜单，我们可以让场以合适的传播算子进行传播。
在探测菜单，我们可以计算更多的物理属性。比如坡印廷矢量。
按下这个按钮后，我们可以在这里选择显示的是哪个轴的坡印廷矢量。
你肯定也注意到了当你激活现在显示坡印廷矢量的窗口的时候，最上方的文件类型不是谐波磁场了，变成了数据阵列。
你可以看到该窗口下能操作的菜单与刚刚不太一样。比如这时的控制菜单，我们不细说。

2.右侧面主窗口

右侧面主窗口包含两个标签，属性一览、Vituallab检索。
属性一览是文件的具体化表现。展示了当前激活窗口的各个信息。
我们再次激活高斯光的窗口，我们可以看到它的波长参数甚至能修改它。

我们将它更改为632nm。光波在光场显示下变红了。
VirtualLab检索包含列表式的正在运行的文件和它独有的图标。我们也能通过双击某一行来激活对应的窗口。

3.底部窗口

在底部，我们可以找到两个标签，信息与检测结果。
信息标签提供了仿真出来的不同的信息，比如时间的仿真和一些结果等。
检测结果，我们再拿高斯光打比方。我们激活高斯光的窗口，点击光束参数。

点击OK之后，在检测结果中便会显示出相关的参数了。
在最最下方可以看到两个横条，CPU使用情况和物理内存情况。现在我们没有进行仿真，两者的使用情况都比较低，在物理内存这里是绿色的部分表示我们使用它的情况，黑色的部分是我们系统或其他软件使用的占比情况。

附

笔者购买到的VirtualLab也因为缺乏资金所以没有编程模块，不过也希望这样一篇初学者的教程可以帮到跟笔者一样刚刚开始认识这款软件的朋友们。
一些专业术语的用词可能多有错误，还请各位批评指正。