Aktuelles › Light­Trans Inter­na­tio­nal • Fast Phy­si­cal Optics auf die nächste Stufe gehoben

Vir­tual­Lab Fusion 2020.1

Die neu­este Ver­sion der phy­si­ka­lisch-opti­schen Soft­ware Vir­tual­Lab Fusion öff­net die Tür zu einem brei­te­ren Anwendungsspektrum.

Die Stra­te­gie, wel­che Light­Trans Inter­na­tio­nal bei der Ent­wick­lung der phy­si­ka­lisch-opti­schen Design­soft­ware Vir­tual­Lab Fusion ver­folgt, lässt sich in zwei Wor­ten zusam­men­fas­sen: Con­nec­ting Sol­vers. Das Release 2020.1, wel­ches in die­sem Som­mer ver­öf­fent­licht wurde, hebt diese Stra­te­gie auf ein neues, bis­her uner­reich­tes Niveau. Con­nec­ting Field Sol­vers ist dabei Grund­lage der schnel­len phy­si­ka­li­schen Optik: Die Ver­wen­dung eines ein­zel­nen Sol­vers bzw. Algo­rith­mus für die Simu­la­tion eines kom­ple­xen Sys­tems ist keine Option – ent­we­der wer­den wich­tige Effekte nicht berück­sich­tigt oder die Simu­la­tion wird zu auf­wän­dig. Vir­tual­Lab Fusion fun­giert als Simu­la­ti­ons­platt­form, bei der ver­schie­dene Sol­ver für unter­schied­li­che Kom­po­nen­ten im Sys­tem ange­wen­det wer­den. Dadurch ist es mög­lich Simu­la­ti­ons­er­geb­nisse schnitt­stel­len­los und auf nicht-sequen­zi­elle Weise zu kom­bi­nie­ren, um vek­to­ri­elle Lösun­gen für das gesamte Sys­tem zu erhal­ten. Das aktu­elle Update ermög­licht die Defi­ni­tion die­ser Sol­ver im Orts- oder im Fre­quenz­raum (k‑Raum) – je nach­dem wel­che im vor­lie­gen­den Fall von Vor­teil sind. Diese Domä­nen­frei­heit ist von ent­schei­den­dem Vor­teil: Die Simu­la­ti­ons­zeit redu­ziert sich und in vie­len Fäl­len kön­nen phy­si­ka­li­sche Effekte im Sys­tem noch genauer berück­sich­tigt wer­den als zuvor. Diese Frei­heit der ver­wen­de­ten Domäne steht in enge­rer Ver­bin­dung zu den imple­men­tier­ten Fou­rier-Trans­for­ma­tio­nen (FT). Ein Grund für die weit ver­brei­tete Annahme, die phy­si­ka­li­sche Optik sei lang­sam und schwer­fäl­lig, ist die Tra­di­tion der Ver­wen­dung des star­ren und äqui­di­stan­ten Nyquist-Shan­non-Sam­pling als Vor­aus­set­zung für die bekannte „Fast Fou­rier Trans­form (FFT)“. Mit einer Aus­wahl an ver­schie­de­nen Fou­rier-Trans­for­ma­ti­ons-Algo­rith­men und der Kom­bi­na­tion mit hybri­der Daten­ver­ar­bei­tung bie­tet Vir­tual­Lab Fusion 2020.1 eine alter­na­tive Her­an­ge­hens­weise, die stren­gen Sam­pling-Bedin­gun­gen zu opti­mie­ren. Das Ergeb­nis ist eine schnelle phy­si­ka­li­sche-opti­sche Model­lie­rung, wel­che ent­ge­gen der all­ge­mei­nen Annahme weder schwer­fäl­lig noch lang­sam ist.

Diese neue Stra­te­gie der Kom­bi­na­tion ver­schie­de­ner Sol­ver bie­tet die Frei­heit, die Domäne des Fel­des für den jewei­li­gen Sol­ver wäh­rend der Simu­la­tion zu wech­seln. Ver­schie­dene FT-Algo­rith­men in Ver­bin­dung mit auto­ma­ti­scher Wahl des ange­mes­se­nen somit effi­zi­en­tes­ten Sol­vers ver­voll­stän­digt die kom­for­ta­ble und ein­fa­che Bedie­nung der Soft­ware. Mit ande­ren Wor­ten: Mit Vir­tual­Lab Fusion 2020.1 eröff­nen sich neue Anwendungsfelder.

Kas­ka­dierte Blen­den, 4f-Auf­bau­ten, Lasersysteme

In opti­schen Sys­te­men wird oft­mals ange­nom­men, dass Beu­gung erst an der Aus­tritts­pu­pille auf­tritt. Doch deren Berück­sich­ti­gung ist für die Model­lie­rung einer Reihe bekann­ter Sze­na­rien, wie bei­spiels­weise 4f-Auf­bau­ten, kas­ka­dierte Aper­tu­ren oder para­xiale Gauß­sche Sys­teme, von ent­schei­den­der Bedeu­tung. “In Vir­tual­Lab Fusion 2020.1 imple­men­tie­ren wir eine Samm­lung inno­va­ti­ver Fou­rier-Trans­for­ma­ti­ons- Algo­rith­men mit einem ein­zig­ar­ti­gen hybri­den Daten­hand­ling. Dadurch hal­ten wir den Rechen­auf­wand in Gren­zen und sor­gen für einen voll­au­to­ma­ti­schen, aber anpass­ba­ren Ent­schei­dungs­pro­zess”, erklärt Frank Wyrow­ski, Prä­si­dent von Light­Trans. All das stellt sicher, dass die Simu­la­tion der Beu­gungs­ef­fekte im gesam­ten Sys­tem schnel­ler und benut­zer­freund­li­cher abläuft.

Git­ter & Schichtsysteme

Die Fle­xi­bi­li­tät bei der Berech­nung von Fou­rier-Trans­for­ma­tio­nen hat nicht nur Aus­wir­kun­gen auf die Simu­la­tion von Beu­gungs­ef­fek­ten: Ein schnel­ler Hin-und-Her-Wech­sel zwi­schen dem Orts- und k‑Raum ist unver­zicht­bar, um Sys­teme mit Kom­po­nen­ten ver­schie­de­ner natür­li­cher Domä­nen effi­zi­ent zu model­lie­ren. Das ist zum Bei­spiel der Fall bei Lin­sen oder ande­ren gekrümm­ten Ober­flä­chen (Orts­raum) und Git­tern (k‑Domäne). CTO Site Zhang betont: “Die neuen Kom­po­nen­ten für Git­ter, ebene Grenz­flä­chen und Schicht­sys­teme unse­rer Ver­sion 2020.1 nut­zen die Vor­teile einer rigo­ro­sen Anwen­dung der k‑Domäne voll aus. Das neue Medium erleich­tert auch die Defi­ni­tion von Säu­len- bzw. Pil­lar­struk­tu­ren mit unter­schied­li­chen Para­me­tern. Damit ermög­li­chen wir jetzt eine benut­zer­freund­li­chere Kon­fi­gu­ra­tion und Simu­la­tion von Meta­git­tern.“ Nicht-intui­tive Effekte, wie bei­spiels­weise die Win­kel- oder spek­trale Disper­sion und die Pola­ri­sa­ti­ons­ab­hän­gig­keit wer­den auto­ma­tisch berücksichtigt.

Dif­frak­tive Lin­sen & holo­gra­phi­sche opti­sche Ele­mente (HOEs)

Die neuen Kom­po­nen­ten für dif­frak­tive Lin­sen und HOEs des Relea­ses 2020.1 ermög­li­chen eine lokale Varia­tion der Para­me­ter inner­halb der opti­schen Struk­tur unter Ver­wen­dung der loka­len linea­ren Git­ter­appro­xi­ma­tion (LLGA). Sowohl die rigo­rose Fou­rier-Modal-Methode (FMM), als auch der die Dünne-Ele­mente-Appro­xi­ma­tion (TEA) kön­nen hier als lokale Algo­rith­men zur Model­lie­rung der Wech­sel­wir­kung von Licht mit der Struk­tur ver­wen­det werden.

Aug­men­ted (AR) und Mixed Rea­lity (MR)

AR & MR sind aus der Sci­ence-Fic­tion seit Jahr­zehn­ten ver­traut. Wir erle­ben aktu­ell die Ent­wick­lung die­ser Tech­no­lo­gie in unse­rem täg­li­chen Leben. Jedoch müs­sen hier­für noch die zu bewäl­ti­gen­den Her­aus­for­de­run­gen, ins­be­son­dere im Bereich Optik, mit­hilfe von Ein­falls­reich­tum und Inno­va­tion gelöst wer­den. Neben den bereits frü­her ver­füg­ba­ren Model­lie­rungs- und Design­werk­zeu­gen, ist nun eine detail­lierte Visua­li­sie­rung der Licht­wege mög­lich, wel­che sich in den seg­men­tier­ten Git­ter­be­rei­chen über­la­gern. Light­Trans Inter­na­tio­nal und die Firma Dynardo haben sich zudem zusam­men­ge­tan, um optiS­Langs® effi­zi­ente Opti­mie­rungs­funk­tion „Evo­lu­tio­nary Algo­rithm“ in die Benut­zer­ober­flä­che von Vir­tual­Lab Fusion ein­zu­bet­ten (sepa­rat erhältlich).

Light­Trans Inter­na­tio­nal UG

Light­Trans ver­mark­tet welt­weit Lösun­gen für den gesam­ten Ent­wick­lungs­zy­klus von opti­schen Kom­po­nen­ten. Alle Pro­dukte und Dienst­leis­tun­gen basie­ren auf der Optik­de­sign-Soft­ware Vir­tual­Lab Fusion, die ver­schie­dene Metho­den zur Licht­aus­brei­tung, vom Ray­t­ra­cing bis hin zur schnel­len Phy­si­ka­li­schen Optik, für Anwen­dun­gen wie Licht­for­mung, opti­sche Mess­tech­no­lo­gie, Abbil­dungs­sys­teme, Laser­sys­teme und Vir­tual & Aug­men­ted Rea­lity bereitstellt.

Mehr Infor­ma­tio­nen fin­den Sie hier: www.lighttrans.com

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Irene Kopp
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