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组

组结构组装配组

组

在软件中，组（Group）是一种用于组织和管理仿真对象的容器。根据用途和功能，组可以分为三类：普通组、结构组和装配组。用户可以根据实际需求选择合适的组类型。

普通组

普通组是最基础的组类型，它作为一个简单的容器，用于将多个对象（如几何体、监视器、光源等）逻辑地组织在一起。普通组的主要用途是：

  • 在对象树中对相关对象进行分组，使模型结构更加清晰。
  • 支持统一移动、旋转、隐藏或删除组内所有对象。
  • 可包含大部分类型的对象，没有数量或类型限制。

普通组不提供特殊的性能优化或批量实例化功能，适合对少量、非重复的对象进行管理。您可以通过图形界面或脚本命令 addgroup 来创建普通组。

结构组

本节是关于结构组的介绍。

结构组是一组结构的集合，它作为一种管理和编辑组内对象的工具，极大地方便了用户在光学器件建模与设计时的操作。

其特点是：

  • 既可以对结构组中的所有结构单元进行统一操作，又能够单独修改组内某个对象的属性；
  • 用户能够使用脚本自定义任意结构组，并对其进行整体的优化和扫描。

内置结构组库

针对常用的结构类型，本软件内置了一系列预定义的结构组，方便用户高效完成复杂的建模任务。

内置结构组库

Name Description
Cylinders 圆筒类；如自定义旋转体（Custom revolution）、齿轮圆柱体（Gear cylinder）、粗糙圆柱体（Rough cylinder）、圆角圆柱体（Rounded cylinder）等。
Cylindrical fibers 光纤；如布拉格光纤（Bragg fiber）、芯包层光纤（Core-cladding fiber）等。
Ellipsoids 椭球体；如涂层椭圆体（Coated ellipse）、涂层球体（Coated sphere）、二聚体球体（Dimer sphere）等。
Extruded polygons 拉伸多边形；比如所有边和角都是圆形的结构（All rounded quadrilateral）、十字形结构（Cross）、等腰梯形（Isosceles trapezoid）、圆角等边多边形（N-sided equilateral polygon with rounded corners）、星形多边形（Star polygon）等。
Gratings 光栅；包括闪耀光栅（Blaze grating）、布拉格光栅（Bragg grating）和光栅耦合器（Grating coupler）。
Integrated optics 集成光学；如180弯曲波导（180-deg waveguide bend）、交叉波导（Cross waveguide）、定向耦合器（Directional coupler）、环形谐振器（Ring resonator）、Y形分路器（Y-splitter）等。
Photonic crystals 光子晶体；如体心立方光子晶体（BCC PC lattice）、面心立方光子晶体（FCC PC lattice）、六边形晶格光子晶体H腔（Hexagonal lattice PC H-cavity）、矩形光子晶体（Rectangular PC lattice）、矩形晶格光子晶体阵列（Rectangular lattice PC array）、木堆晶格（Woodpile）等。
Polyhedrons 多面体；包括六角化八面体（Disdyakis dodecahedron）、正八面体（Regular octahedron）和截角八面体（Truncated octahedron）。
Pyramids and cones 棱锥和圆锥；如涂层金字塔形结构（Coated pyramid）、圆锥体（Cone）、多面金字塔（N-sided Pyramid）、抛物面锥体（Parabola cone）、正四面体（Tetrahedron）、截锥体（Truncated cone）等。
Random particles 随机颗粒；包括高斯随机粒子分布（Gaussian random Particle distribution）、线性随机粒子分布（Linear random particle Distribution）和均匀随机粒子分布（Uniform random particle distribution）。
Toroids 圆环；如圆形环面结构（Circular toroid）、椭圆形环面结构（Ellipse toroid）、等边多边形环面结构（Equilateral n-side polygon toroid）等。
Uncategorized structures 未分类的结构；比如螺旋结构（Helix）等。

添加和修改

添加内置结构组

本软件内置结构组，打开查看，图示如下，点击Insert即可添加到对象树中：

structure_add_structure1.png

修改内置结构组

添加一个结构组，比如Cylinders>Gear Cylinder，并打开编辑窗口，如下图所示：

structure_group_structure.png

软件内置结构组不但允许修改全局参数（相对位置、旋转）或脚本变量等，而且允许单独修改某个单元的参数或删除/添加某个结构单元。

自定义结构组

创建

软件支持自建结构组，创建结构组的一般流程为：

Description

案例：圆孔光阑

基于上述的创建流程，下面将进行实际操作，构建一个普通光阑结构组。

  1. 分析组件的组成，将复杂结构拆分为许多基本单元的组合，比如圆孔光阑，其结构通常为平板上挖出的圆形通光孔。因此建立光阑选择2D polygon结构。

  2. 添加一个空结构组，操作如图：
    Description

  3. 定义光阑的参数：
    Description

  4. 在结构组Script页面书写脚本，代码如下：

    deleteall;

# setup variables
Rin = 0.5e-6;
Lout = 2e-6;
res = 100;


# setup script
xin = Rin.*cos(linspace(0,2*pi,res));
yin = Rin.*sin(linspace(0,2*pi,res));
xout = [Lout,Lout,-Lout,-Lout,Lout,Lout,Rin];
yout = [0,Lout,Lout,-Lout,-Lout,0,0];
V = [xout,xin;
yout, yin];
add2dpolygon;
set("name","2d ring");
set("vertices",V);

  5. 创建的结构组如下图所示（图片已做适当处理）：
    structure_groupusers

装配组

装配组（Assembly Group）是一种特殊组类型，专为高效创建由大量重复或相似对象构成的复杂结构（如超透镜阵列）而设计。其核心思想是“定义一次，重复使用”，通过一个原型对象和参数映射表来批量生成多个实例，可极大提升几何构建和网格划分的速度。

一个装配组由以下要素构成：

  • 原型：组内唯一的子对象，可以是基本几何体（如长方体、圆柱体）或结构组。所有实例均基于此原型生成。原型不能是另一个装配组，且不能包含空间变化材料。
  • 参数列表：元胞数组，列出原型中需要变化的参数名称，例如 {"x", "y", "radius"}。
  • 映射表：矩阵，为每个实例的具体参数提供数值。行数等于参数个数，列数等于实例总数。每列依次对应参数列表中各参数的值。

配置时通过脚本定义参数列表与映射表，并使用 setnamed 赋予装配组。以下代码片段展示了参数列表与映射表的定义方式，如需运行完整示例，请参考本页的“案例”部分。

# 仅用于功能展示
# 定义参数列表和映射表
params = {"x", "y", "radius"};
mapping = [x_1,x_2; 
           y_1,y_2;
           R_1,R_2];
# 将参数和映射表赋予装配组
setnamed("assembly_group", "parameters", params);
setnamed("assembly_group", "mapping", mapping);

装配组的主要特点包括：

  • 原型 + 映射表：组内仅包含一个原型（基本几何体或结构组），并通过映射表为每个实例指定不同的参数值。
  • 变体管理：旋转和平移作为自由变量，不占用变体名额。
  • 脚本驱动：装配组的创建和配置主要依靠脚本命令（如 addassemblygroup、addtogroup、setnamed 等），不需要复杂的图形界面操作。

案例

本案例演示如何通过装配组快速创建 4 个圆柱体构成的阵列，每个圆柱体的位置与半径各不相同。

deleteall;
switchtorightview;

# 创建装配组并命名
addassemblygroup;
set('name', 'assembly_grp');

# 创建圆柱体原型
addcircle;
set('radius', 0.5e-6);
set('z span', 2e-6);
set('x', 0);
set('y', 0);

# 将原型添加至装配组
addtogroup('assembly_grp');

# 定义参数列表：X位移、Y位移、半径
setnamed('assembly_grp', 'parameters', ['x pos', 'y pos', 'radius']);

# 定义映射表
mapping = [0, -2, 2, 0;       # 每个实例的x坐标(um)： 0, -2, 2, 0
           0, 3.5, 3.5, 5;    # 每个实例的y坐标(um)： 0, 3.5, 3.5, 5
           4, 1, 1, 2] * 1e-6;   # 每个实例的半径(um)： 4, 1, 1, 2

setnamed('assembly_grp', 'mapping', mapping);