1 南开大学物理科学学院，泰达应用物理研究院，弱光非线性光子学教育部重点实验室，天津 300071
2 南开大学材料科学与工程学院，智能传感交叉科学中心，天津 300350
3 山西大学极端光学协同创新中心，山西 太原 030006
空间光学模拟计算具有大规模并行计算、低功耗和超快响应速度的信息处理优势，在图像处理、边缘检测和机器学习方面显示出巨大的应用潜力。本文回顾了空间光学模拟计算的发展，着重阐述了空间光学模拟计算结合超表面在不同理论模型及体系中的研究进展与应用，通过引入人工微结构替代传统大尺寸光学元件，推动空间光学模拟计算器件向微型化、集成化发展；总结了基于自旋轨道耦合、拓扑等物理效应的新型空间光学模拟计算最新进展，为实现超带宽高速信息处理提供了新思路；对空间光学模拟计算现有挑战和研究前景进行了分析和讨论。
空间光学模拟计算 空间微分器 傅里叶光学 超表面 光学自旋霍尔效应 光学学报
2023, 43(16): 1623006
1 中国计量大学机电工程学院，浙江 杭州 310018
2 浙江大学地球科学学院，浙江 杭州 310027
大气黑碳气溶胶具有强吸光能力，由于形状和混合结构十分复杂，其光学特性具有较大不确定性。使用三维仿真建模工具EMBS建立不同分形维数（Df为1.8和2.6）和混合结构的黑碳单颗粒模型，采用耦合离散偶极近似（DDA）方法计算光吸收强度（Eabs）、单次散射反照率（SSA）和光吸收截面（Cabs），并与多球T矩阵（MSTM）和Mie散射方法的计算结果进行对比。研究发现MSTM模型的Eabs结果对包裹程度F比较敏感，而DDA模型的Eabs结果对黑碳包裹层厚度的敏感性更高。DDA和MSTM模拟结果的差异主要来源于：1）DDA和MSTM方法中黑碳聚集体和包裹层形状的差异造成Eabs和Cabs的相对偏差分别为20%和23%；2）黑碳包裹层的相对位置变化导致光学结果具有2%~4%的相对偏差。因此DDA和MSTM方法的模型形状和结构差异导致光学模拟结果可能出现较大差异。
大气光学 黑碳气溶胶 混合结构 光吸收增强 单次散射反照率 光学模拟
1 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所, 中国科学院大气光学重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学研究生院科学岛分院, 安徽 合肥 230026
3 先进激光技术安徽省实验室, 安徽 合肥 230037
4 脉冲功率激光技术国家重点实验室, 安徽 合肥 230037
差分波前激光雷达是基于双孔望远镜探测的激光回波波前差分抖动方差来探测大气光学湍流强度的雷达系统。为评估与优化系统探测大气湍流的性能,进行了数值仿真。基于波动光学理论、大气湍流相位屏模型和大气消光模型来模拟激光在垂直大气路径上的传输,并结合网格采样的优化设计,得到了激光光束在传播路径上不同位置的光强分布。利用非相干光源成像原理,根据不同传输路径处的后向散射光强分布得到了探测器上两个光斑图像的分布信息。根据仿真结果,随着湍流强度的提高,光束波前畸变程度加深。成像光斑直径随着探测高度的增大而减小,探测高度为10 km时,成像光斑直径减小到2.45×10 -4 m。通过对比仿真的反演结果与仿真输入的HV5/7(Hufnagel-Valley 5/7)的结果,发现两者具有较高的一致性,这初步证明差分波前激光雷达探测大气湍流的原理及方法的可靠性。
大气光学 差分波前激光雷达 波光学模拟 湍流相位屏 非相干成像 大气折射率结构常数 光学学报
2021, 41(10): 1001002
空军工程大学 信息与导航学院， 陕西 西安 710077
缩比模拟是研究电磁效应的有效方法。微波波段的大尺度缩比需要毫米波甚至太赫兹波段的辐射源，但实现技术复杂。提出使用光波模拟电磁散射效应的方法，并从光波的本质、光与无线电波的反射、绕射和干涉效应等方面研究分析了光波与无线电波的物理相似性; 从长相干光源、波束赋形、偏振方式实现、宽视角接收、散射体电磁效应模拟等方面分析论证了光学系统模拟电磁系统散射效应的技术可行性。研究结果对电磁系统特别是微波波段电磁系统的大尺度缩比模拟具有参考意义。
激光光学 光学模拟 光学相似 缩比模型 laser optics optical simulation optical similitude scale model
1 暨南大学物理系, 广东 广州 510632
2 暨南大学思源实验室, 广东 广州 510632
采用基于传输矩阵法的光学模型模拟活性层为P3HTPCBM的太阳能电池，研究了器件结构以及活性层厚度对其光学性能的影响，并分析了相关原因。研究结果表明短路电流密度随活性层厚度增加而增大，倒置结构器件性能优于正置结构器件。由于光的干涉作用，结构不同的器件中光电场强度呈现不同的分布，对于器件性能有很大的影响。通过计算得出了两种结构中短路电流密度随活性层厚度的变化规律，优化了器件的结构。计算结果表明当器件为倒置结构，且活性层厚度为225 nm时，器件性能最优，此时短路电流密度为15.5 mA/cm2，效率为5.77%。
光学器件 光学模拟 传输矩阵法 体异质结太阳能电池 光干涉作用
1 华中光电技术研究所—武汉光电国家实验室, 湖北 武汉 430073
2 华中科技大学光电子科学与工程学院, 湖北 武汉 430074
针对激光光束的能量均匀化研究,先后出现了多种方法,基于“不等步长采样”原理设计了包含非球面镜的光学系统。首先从理论上分析了其可行性,然后对实际激光光束进行了能量均匀化的设计。模拟分析结果表明,出射光束发散度小于0.02°,照度均匀度达92.9%,证明了此方法的可行性。
不等步长采样 激光整形 能量均匀化 光学模拟 variable step sampling laser shaping beam energy uniformity optical simulation
总结用CAD软件对LED封装结构进行模拟的一般步骤,建立实际LED封装产品的模型并模拟其光学特性,通过实例提供了一些设计经验.
LED封装结构 光学模拟
