一、目的与意义
随着计算机硬件的发展，特别是个人计算机的迅速发展，作为一种现代化的工具，使其广泛地应用于各种领域，其中很重要的一个部分就是计算机辅助设计。计算机辅助设计技术的应用范畴极为广泛，从航天工业的先进载人工具研发，到显示器背光板注塑成型，都能利用计算机辅助设计技术进行分析与设计。
由于竞争的日趋激烈，各企业为了提高自己的竞争力，总是不断推出新产品。但当今新产品的设计，已经摆脱以往单凭『老师傅的一双手』，重复制作产品原型(prototype)再加以测试的模式，而是以先进的模拟设计技术，配合高速计算机计算的能力，迅速验证新产品的规格与性能，如此才能有效率的进入量产，缩短新产品上市的时间。而计算机辅助设计技术已成为各高科技产业研发新产品时的必备流程，通过计算机辅助设计软件，可以大幅度地减少新产品开发的周期，进而缩短新产品上市的前置时间，降低研发成本花费，可实质地将产业从OEM提升到ODM层次，为增加整体市场竞争力的绝对关键，同时也大大提高企业和人才的竞争力。
光学系统在现代生活中的作用越来越重要，也越来越多渗透到人们生活的各个方面。光学设计则是世界上最复杂的计算之一，如果没有计算机辅助，一个简单的光学系统也需要很多人，花费很多时间，更不用说复杂的变焦、投影系统了，所以想要不断有新产品出现，是不可能的。幸运的是，我们现在拥有了像VirtualLab Fusion、FRED、Essential Macleod、LASCAD、GLAD、 OptiWave、JCMsuite等这样的优秀光学辅助设计软件，在个人计算机上就可以进行光学系统的设计和仿真。
能够成功运用光学仿真设计技术的关键有二：一是专业设计人才，二为性能优越的仿真软件。前者设计工程师的培养无法速成，但仿真设计的软件工具的发展，确实已经逐渐成熟，虽然种类与数量不像一般通用软件，如微软公司的Office系列产品，而且价格相当昂贵，但却有其绝对之必要性。目前此类的主要商用工具软件，多数由美国、加拿大公司所研发，虽然只有少数出自德、法、比利时、荷兰等欧洲国家，但欧洲各国的产品与日俱增，正在积极地迎头赶上，足见光学系统在未来产品及市场竞争的重要性。
因为任何辅助设计软件都不是“傻瓜”型的，所以专业的设计人才是必要的，而学校则是人才培养的基地。但许多学校因为经费或认识不足，都只是讲解设计理论和设计方法，不能让学生真正进行设计实习，或者很多老师都没有机会接触到正版的辅助设计软件，更别说学生了。其结果是：学生在学校里面不能掌握专业的设计软件和设计方法，感觉所学的与社会上的需要脱节，毕业后不能满足业界的需要，又需要从头学习，削弱了人才的竞争力，增加了学生就业的难度。 因此，只有从现在开始，在高等学校积极推广成熟实用的CAD设计软件，使学生在学校的学习阶段中，就可以将理论学习和实验设计结合起来，一则推广正版软件的使用，二则可以让学生在进入社会以前，就做好了充分的准备，接受正规的设计经验训练，其结果必能提升人才的水平，进而提升整体产业的层次，加强我们在全球化市场上的竞争力。
讯技光电科技（上海）有限公司，是中国最专业、历史最悠久的光学CAD软件的代理和服务公司，公司拥有几十种国际上知名光学CAD软件的独家代理权，致力于发展中国的光学CAD事业，培养光学CAD人才。有鉴于以上的考量，以“开阔学生眼界，增强学生社会竞争力，推广光学CAD相关的世界领先技术和设计理念”为宗旨，主要从事光学CAD软件的推广、软件使用培训、软件技术支持和产业设计培训、新产品设计方法等的研究。其目的是将大学的科研成果及科研力量与讯技公司技术开发资源和市场优势进行结合，促进学校的学科建设和人才队伍建设，特别是在促进专业光学CAD软件在国内的使用，为中国培养更多更优秀的光学设计人才，将最新的设计理念、设计方法在中国的推广方面起到十分重要的作用。
联合实验室还将为学校日常的光学教学活动、相关课题研究、选修课中计算机软／硬件开发工程和对外进行相关培训等提供辅助设计软件与研究条件，为建立校企联合创立良好的示范作用。『光学CAD联合实验室』的成立，为产、学、研合作探讨了新思路，寻求了一个基于专业大学实验室、着眼于长期合作、产学、研发一体化的新模式。这一模式的建立为国内高技术企业提升核心技术竞争能力，抢占高技术制高点创造了重要条件，同时其它学校提供了新的借鉴模式。联合实验室的成立，对合作双方的长远发展，对推动中国光学CAD教育均具有非常积极的意义。
二、合作方式
由国内最具指标性之大学与讯技公司配合，并透过提供优惠的软件资源，来共同建立『光学CAD设计联合实验室』。设立专门的设计实习课程，并在学生的相关课程中加入光学CAD 软件介绍和辅助设计方法等内容。讯技公司还将与学校携手，定期举办光学CAD 技术演讲和讨论活动，并帮助大学为学生提供实习机会，同时也鼓励开发商和加强与学校的交流。
透过联合实验室建立“产品认证中心”，也就是类似微软的MCSE等的认证，并有原厂保证，可以作为个人的软件能力认证，提升软件专业形象。
采取签约方式进行，每一年为一期，透过续约的机制，持续检视过去联合实验室的配合及执行方式有无缺失，加以进行检讨改进，以确保联合实验室之成效。
三、合作产品介绍
VirtualLab Fusion——统一化光学建模设计与分析平台
VirtualLab Fusion是德国LightTrans 开发的一款新型光学仿真和设计软件，它是一个统一化光学建模设计与分析平台，采用场追迹的方式进行光学建模。场追迹作为统一光学系统分析与设计的一种建模技术，超越了光线追迹（Ray tracing），光学系统性能的表征是通过求解简谐波场（Harmonic fields），而不是光线束（Ray bundles）。因此，在对同一个光学系统，场追迹能利用并提供更多的光学信息，它理论上能把几何光学到电磁学（或物理光学）的各种建模技术统一起来，并且实现多种模拟技术的无缝结合，可以根据输入光源和元件的面型、折射率、介质、膜层，实现自动匹配模拟，可以完全胜任现代光学系统的数字模拟仿真工作。基于这些技术，VirtualLab Fusion提供了光学建模中无法超越的灵活性和效率。
VirtualLab Fusion作为统一化的光学建模平台，它基于电磁场核心理论，用光路流程图的表示方法进行建模，光学系统中用到的光源、元件和探测器等可以在光学元件库中灵活调用并进行光学特性编辑。对光学系统的不同媒质区域，可自动选择传输模拟技术，用户也可以自行设置传输方式。目前，VirtualLab Fusion兼容了几何光学、SPW平面波谱算法、Fresnel远场积分、FMM/RCWA算法、光束传播方法、ABCD矩阵传输等多种模拟技术，其发展目标是把市场上所有的光学建模技术都融汇到VirtualLab Fusion的建模技术之中。
VirtualLab Fusion软件包集合了两个套装及六大工具，包括：VirtualLab Fusion基础套装、VirtualLab Fusion高级套装、衍射光学工具金/银版、波导工具箱金/银版、激光谐振腔工具箱、光束整形工具箱，铸就了它的强大功能。
（1）VirtualLab Fusion基础套装
基于光场追迹技术，VirtualLab Fusion能够对各种光源进行准确的建模，如相干光和部分相干光、连续光和脉冲光、单波长和宽光谱光源等；同时，其集成了从几何到物理各种光学建模技术，如自由空间传输方法：平面波谱法（SPW）、菲涅尔（Fresnel）、远场（Far Field）、几何光学（Geometrical Optics）、瑞利索末菲（Rayleigh Sommerfeld）等，以及光学元件求解算法：分步传输算法（BPM）、薄元近似（TEA）、局部平面波近似（LPIA）等，针对复杂光学系统内不同的区域，自动选择合适的建模技术，以获得相应的电磁场信息，通过使用序列和非序列的方式，以完成整个系统的仿真和分析，如激光传输系统、干涉系统、成像系统和光纤耦合系统等，仿真过程中考虑各种物理光学效应，如偏振、相干、衍射、矢量和像差效应等。
基于新的参数扫描功能，能够选定系统内任意参数，以进行系统敏感度分析，如干涉图样的变化、光场的演化以及聚焦光斑的变化等；同时，也能够基于新的参数优化功能，对设定的目标函数，如耦合效率、光斑大小、发散角等进行优化，从而获得期望的系统参数。
（2）VirtualLab Fusion高级套装
VirtualLab Fusion高级套装除了包含基础套装的全部功能，还提供了薄元近似（TEA）和傅里叶模态法（FMM）两种求解算法，能够对一维和二维亚波长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，并且能够进行公差分析。
（3）VirtualLab Fusion衍射工具箱银版
衍射光学工具箱银版是基于迭代傅里叶变换算法，可以设计和优化各类相位型衍射光学元件，如整形器、分束器以及扩散器等，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。并且能够针对相位衍射元件进行结构设计，导出加工所需的格式，如GDSII、Bitmap以及ASCII、STL等。
（4）VirtualLab Fusion衍射工具箱金版
衍射光学工具箱金版不仅包含衍射工具箱银版的全部功能，还可以对衍射成像透镜进行建模以及进行二元高度轮廓设计，可以进行全息光学元件的建模，或者进行偏振敏感超透镜的建模和分析，以满足最新的设计和仿真需求。
（5）VirtualLab Fusion激光谐振腔工具箱
VirtualLab Fusion激光谐振工具箱允许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。在VirtualLab Fusion中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。
（6）VirtualLab Fusion光束整形工具箱
VirtualLab Fusion光束整形工具箱可以对LED（或其他大角度辐射）光源，能够设计微结构单元阵列，如光栅单元阵列、棱镜单元阵列以及反射镜单元阵列，以实现光束整形和均匀化。在这个过程中会考虑光线的反射、折射及干涉、部分相干、色散效应。
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