光器件的案例
COMSOL光器件仿真，掌握這些控制方程和邊界條件就夠了
軟件平臺中的波動光學模塊專注于分析微米和納米光器件，例如：光纖、光柵、光波導、光子晶體、集成光路、激光器、石墨烯、表面等離激元器件等。光器件的分析過程可以包括光與其他物理場的耦合，包括：半導體物理、結構變形、傳熱、電光、磁光、聲光、幾何光學和波動光學的耦合等。
一、光學發展簡史
神說，要有光，就有了光。《圣經》的開篇就提到了光，人類對光的認識可以追溯到遠古時期。中國古代思想家墨子的“小孔成像”實驗揭開了實驗研究光學的時代。
小孔成像
從歐幾里得到牛頓，古代的科學家都認為光是一種沿直線傳播的微粒。這種學說可以很好地解釋光的反射定律和折射定律，但無法解釋光的干涉和衍射現象。惠更斯的波動說認為光和聲一樣，以球面波傳播。這兩種理論都分別解釋了光的部分性質，但都沒有揭示到光的本質。
三棱鏡對白光的色散
直到麥克斯韋的電磁場理論的出現，人類才認識到光是一種電磁波，光學和電磁學開始聯系在了一起。麥克斯韋方程組共有四個方程：描述電荷如何產生電場的高斯定律、描述磁單極子不存在的高斯磁定律、描述電流和時變電場如何產生磁場的麥克斯韋-安培定律、描述時變磁場如何產生電場的法拉第感應定律。
麥克斯韋方程組的微分形式
二、光器件仿真原理
從本質上看，仿真光器件就是計算得出光場（電磁場）在器件和周圍環境中如何分布，以及如何隨時間變化。當電磁場隨時間呈正弦變化且振幅不變時，我們稱之為頻域分析。當電磁場隨時間的變化非正弦，例如是方波、三角波或高斯波時，稱作瞬態分析。這兩種分析所求解的偏微分方程不同，但都是由麥克斯韋方程組推導得到。理解了麥克斯韋方程組，就掌握了探索光器件奧秘的鑰匙。COMSOL的波動光學模塊就是通過計算由麥克斯韋方程組得出的偏微分方程來仿真各類光器件。
展開 智芯研報｜深度解析光電子器件行業
常見的電芯片包括：
在高端模塊中，光芯片成本占比通常在40%-60%，電芯片成本占比通常在10-30%，合計占比約在80%
光器件
光器件可根據功能不同劃分為有源器件和無源器件。有源器件主要用于光電信號轉換，包括激光器、調制器、探測器和集成器件等。無源器件用于滿足光傳輸環節的其他功能，包括光連接器、光隔離器、光分路器、光濾波器、光開關等。
通過把一些器件集成組合后，可以形成光模塊中重要的兩個組件，分別是TOSA（光發射組件）以及ROSA（光接收組件），從而進行光電之間的信息轉換。
展開 利用RSoft的BPM算法對光波導和簡單光波導器件進行仿真 ￥15
RSoft是一款非常實用的光波導仿真軟件。其中包含了BPM,FDTD,FEM等多種算法，使得它能夠適用于各種不同要求場合。本課程主要使用RSoft算法集中的BPM算法對光波導和簡單光波導器件進行仿真計算，從而對光在波導中的傳輸有一定得了解。
一、軟件CAD界面：
下載網站上的壓縮包，解壓縮后運行C:\Program Files\RSoft\bin文件夾中的bcadw32.exe，即出現如下圖所示的CAD界面。此界面是定義波導結構和下一步計算的前提。
二、單根波導的仿真：
在軟件中，點擊左上角的”New Circuit”按鈕，如圖所示。
點擊后彈出基本設置對話框，波導的一些基本特性參數需要在此設定。我們模擬目前光通信系統中應用最為廣泛的掩埋型二氧化硅波導（channel型）。波導橫截面的尺寸結構為6um*6um，芯層折射率為1.465，包層折射率為1.455（包層和芯層的折射率差為0.01），通信波長為1.55um。基本參數的設定如下圖所示（注意，軟件中關于長度的單位均為um）：
設置完畢后點擊”OK”，進入CAD界面。
首先畫一根直波導。點擊”Segment mode” （新建文件時默認就是此模式），如上圖紅圈所示。之后在空白的CAD窗口中某一處單擊鼠標左鍵，在任意另一處再單擊左鍵，即可畫出一條波導，如下圖所示。
到目前為止，畫出的波導是任意的，我們還需要對它進行設置，滿足我們設計的要求。將鼠標移動至波導上（紅色區域上），再單擊鼠標右鍵，會彈出波導的設置菜單。由于我們只需要仿真普通的直波導，所以大部分設置保持默認即可。主要需要調整波導的位置。在RSoft軟件中，波導位置是由首尾兩個坐標確定的，并且BPM計算的光是只沿著z軸傳播（即豎直方向），這個是需要特別注意的。
展開 AR&MR光波導器件的仿真研究
AR&MR光波導器件的仿真研究
使用光波導元件對“HoloLens 1”型進行建模
本使用案例演示了一個簡單的“HoloLens- 1”型布局設備的建模，該設備具有一個能夠以32°×18°視場引導光線的光波導組件。
光波導結構
使用光波導組件及其靈活的區域定義，可以在VirtualLab Fusion中設置帶有耦合光柵的光波導。
隨著增強現實和混合現實(AR&MR)領域新技術的出現，使光學光波導越來越受歡迎。為了對此類結構進行建模和設計，VirtualLab Fusion使用其強大的光波導工具箱，該工具箱允許靈活定義整體結構以及內外耦合器的不同區域。再加上它的非順序模擬引擎，結合了所有關鍵的物理效應，如偏振、孔徑衍射和相干性，為光學工程師提供了強大的工具，支持他們研究和設計用于AR和MR的光波導裝置。
展開 
大連化物所史全研究員團隊CEJ：研發出柔性復合相變材料膜并應用于可穿戴光-熱管理器件
近日，中科院大連化物所熱化學研究組（DNL1903）史全研究員團隊在柔性相變材料研究方面取得新進展，通過簡單易行的策略合成了石墨烯基的復合相變材料膜，并將其應用于可穿戴的光-熱管理器件。該復合相變材料膜具有優異的柔韌性、儲熱能力、光熱轉化能力，為智能可穿戴光-熱管理器件的研究提供了新思路。
相變儲能材料能夠在相對恒定的溫度下吸收和釋放大量相變潛熱，目前廣泛應用于熱能儲存和溫度控制的熱管理領域。然而，傳統相變材料本身固有的液態泄漏、弱吸光能力以及固態剛性使其在可穿戴的智能光-熱轉化器件研究中極具挑戰性。
針對該問題，史全研究員團隊以聚合物和石墨烯為原料合成了具有優異柔韌性的復合石墨烯膜，并將相變材料復合其中得到柔性的復合相變材料膜。該復合相變材料膜具有優秀的形狀穩定性，即使在高于相變溫度時仍然保持固態而不發生泄漏；同時，該復合相變材料膜具有高相變材料負載量，表現出優異的儲熱能力，即使經過500個熱循環和彎曲循環仍然保持穩定；此外，該復合相變材料膜具有出色的光-熱轉化能力，可迅速將太陽能轉化為熱能儲存，轉化效率最高可達96%。研究人員進一步將該復合相變材料膜貼到人體模型表面，結果表明在彎曲狀態其仍然表現出穩定的光-熱轉化性能。該復合相變材料膜表現出可應用于人體可穿戴光-熱管理領域的潛力，為可穿戴智能織物的開發提供了新的方向。
展開 《AFM》：納米壓印光刻，光電子器件大規模實施重要里程碑！
納米粒子與光的相互作用使其具有驚人的電、光、磁等性質，具有廣泛的應用前景。
等離子體納米粒子可以將光以局域表面等離子激元的形式捕獲到亞波長的體積中，這種增強的模式體積對于光化學、光物理、生物傳感、光催化、光子器件、等離子體增強手性、非線性物理等等都是非常重要的。然而，降低由于電子的高散射率而造成的歐姆損耗，以及用成本低廉的方法大規模組裝等離子體積木，仍然是具有挑戰性的。
在這項研究中，來自萊布尼茨聚合物研究所等單位的研究人員報道了干涉光刻和納米壓印光刻在不同靶襯底上的融合，從透射電子顯微鏡柵格上的碳膜到無機和可摻雜的聚合物半導體。
這種簡單的膠體印刷技術在硅、玻璃、金薄膜和萘二酰亞胺聚合物上進行了演示，因此標志著光電子器件大規模實施的一個重要里程碑。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1002/adfm.202105054
使用膠體墨水和IL生產的聚二甲基硅氧烷印章，一維等離子體光子晶體在厘米尺度上以75%的成品率打印
出來。另一方面，采用原子光滑、單晶、單分散的金(Au)納米膠體積木，在二氧化鈦(TiO
2
)平板波導上印刷一維
等離子體光柵，產生光譜線寬為10 nm的波導-等離子體偏振子模式。等離子體激元誘導的超熱電子通過雙端電流測量在引導條件下具有更高的光響應性。制備的具有Au/TiO
2
異質結的雜化結構增強了光催化過程，如利用產生的熱電子降解甲基橙(MO)染料分子。
總的來說，本文提出了一種廉價、快速、簡便和可重復的技術，該技術有可能使用膠體墨水作為壓印抗蝕劑，在大面積上以高分辨率打印所需的結構。該技術是IL和NIL的結合，可用于在不同的靶襯底上制備不同形貌、不同電導率和不同疏水性的一維金屬光子晶體。
展開 中科院展示基于手性TADF發光材料，開發高效率圓偏振光的OLED器件
實際上，基于OLED的CPEL （圓偏振電致發光，Circularly Polarized Electro-Luminescence）因其可以直接高效地產生圓偏振光而一直受到人們的關注，這種技術在3D顯示、光學數據存儲和光學自旋電子學等應用領域具有廣闊的潛力。
圖1展示了中國科學院化學研究所的研究人員用來展示高效圓偏振OLED用手性熱激活延遲熒光(TADF)活性聚合物的供體-受體共聚策略。研究人員報告說，他們在這項研究中首次檢測到由手性TADF活性聚合物所制成圓偏振OLED發出的圓偏振光。該圖摘自德國應用化學期刊雜志
自2018年陳傳峰團隊首次報道基于TADF材料CP-OLED以來，TADF材料已被用于CP-OLED以實現高效CPEL。這種材料一直被業界認為是OLED領域“第三代”發光材料，因為這種高效發光材料可以通過能級上的反向系統間交叉過程（RISC，Reverse Intersystem Crossing Process）同時利用單線態和三線態激子，這里的RISC是能量從激發三重態轉移回單重態的光物理過程。
研究人員表示，鑒于上述原因，基于TADF發光材料的OLED理論上可以實現100%的內量子效率(IQE)。在光電探測器中，IQE指光子入射到光敏器件表面時，所產生電子數量和被吸收光子數量之間的比例。
據介紹，該研究團隊采用手性供體-受體（D*-A）共聚策略，設計并合成了兩對手性TADF聚合物，并基于此制造了一種可以發出圓偏振光的OLED器件。這里的手性供體部分是供體分子的一部分，也是另一分子的一部分，具有剛性的三苯乙烯支架結構。這種支架結構可以形成手性性質，同時避免聚合物骨架形成共軛。
另一方面，研究人員使用二苯甲酮二苯砜單元和二苯甲酮單元作為受體部分來制備聚合物對。
展開 Adv.》論文：基于負拉阻應變傳感器的自適應心臟光遺傳器件
基于負拉阻傳感設計和制備閉環自適應光遺傳系統，將負拉阻材料和LED陣列集成于柔性基底包裹于心臟表面，通過負拉阻材料的電阻變化檢測心率的同時，依靠其負拉阻特性自適應調控LED光強，包裹于心臟表面的負拉阻材料隨心臟舒張受到拉伸，回路中電阻降低導致LED光強提高，從而提高光遺傳治療的效率。該閉環自適應光遺傳系統具有集成度高、功耗低和效率高的特點，通過犬類在體動物實驗驗證閉環自適應光遺傳系統的功能性及其優越性。
該工作的第一單位為上海交通大學，第一作者為上海交通大學博士生洪雯和姜春蓬，合作作者為上海交通大學附屬胸科醫院秦牧醫生和宋子良醫生，通訊作者為上海交通大學劉景全教授。該工作得到了國家重點研發計劃和國家自然科學基金等項目資助。
該研究成果是劉景全團隊在可植入MEMS器件領域的又一突破性工作，劉景全團隊長期致力于可植入/可穿戴MEMS器件和腦機接口器件研究（Adv. Mater. 2021、SMALL 2019和BIOSENS BIOELECTRON 2020等），并推動其臨床轉化。
原文鏈接：
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abj4273
展開 數字式環境光傳感器是一種將環境光強度轉換為?數字信號?的光電轉換器件-WH81120UF
數字式環境光傳感器（Digital Ambient Light Sensor, ALS）是一種將環境光強度轉換為?數字信號?的光電轉換器件，廣泛應用于手機、筆記本、智能家居等設備的自動亮度調節，以提升視覺舒適度并降低功耗。
四大核心工作原理：
一、光電轉換?：采用?光電二極管?或?光電晶體管?作為感光元件。當可見光（通常覆蓋380–780 nm）照射到半導體材料上時，光子激發電子-空穴對，產生與光照強度成正比的?微弱光電流??。
二、信號調理?：光電流經?跨阻放大器?（TIA）轉換為電壓，并通過?可編程增益放大器?（PGA）進行放大，以適配不同光照范圍?。
三、模數轉換?：放大后的模擬信號由?高精度ADC?（如16位Σ-Δ或SAR型）轉換為數字值?。
四、?數字輸出?：最終結果通過?I2C?或?SPI?等數字接口輸出，可直接由MCU讀取，無需外部ADC?。
由工采網代理的WH81120UF是一種光數轉換器，它結合了光電二極管、電流放大器、模擬電路和數字信號處理器。內置紅外線濾光片的環境光傳感器（ALS）提供與人眼響應相近的光譜；能準確捕捉周圍環境中的光變化，使產品更智能化。
WH81120UF采用緊湊型表面貼裝封裝，尺寸僅為2.0x2.0x0.7mm，非常適合空間有限的小型電子產品；電壓范圍：1.7V～3.6V，工作溫度范圍-40°C至+85°C，能在惡劣環境穩定運行；具有高分辨率的數字輸出和可編程動態范圍比率，支持I2C接口，以400kHz/s快速模式進行數據通信，提高了數據傳輸效率。
WH81120UF具有高/低閾值的可編程中斷功能。電源需要確保VDD旋轉率至少為0.5V/ms。WH81120UF具有電源復位功能。當VDD在室溫下低于1.4V時，集成電路將自動重置。
展開 AR&MR光波導器件的仿真研究
隨著增強現實和混合現實(AR&MR)領域新技術的出現，使光學光波導越來越受歡迎。為了對此類結構進行建模和設計，VirtualLab Fusion使用其強大的光波導工具箱，該工具箱允許靈活定義整體結構以及內外耦合器的不同區域。再加上它的非順序模擬引擎，結合了所有關鍵的物理效應，如偏振、孔徑衍射和相干性，為光學工程師提供了強大的工具，支持他們研究和設計用于AR和MR的光波導裝置。
使用光波導元件對“HoloLens 1”型進行建模
本使用案例演示了一個簡單的“HoloLens- 1”型布局設備的建模，該設備具有一個能夠以32°×18°視場引導光線的光波導組件。
光波導結構
使用光波導組件及其靈活的區域定義，可以在VirtualLab Fusion中設置帶有耦合光柵的光波導。
展開 VirtualLab：AR&MR光波導器件的仿真研究
隨著增強現實和混合現實(AR&MR)領域新技術的出現，使光學光波導越來越受歡迎。為了對此類結構進行建模和設計，VirtualLab Fusion使用其強大的光波導工具箱，該工具箱允許靈活定義整體結構以及內外耦合器的不同區域。再加上它的非順序模擬引擎，結合了所有關鍵的物理效應，如偏振、孔徑衍射和相干性，為光學工程師提供了強大的工具，支持他們研究和設計用于AR和MR的光波導裝置。
使用光波導元件對“HoloLens 1”型進行建模
本使用案例演示了一個簡單的“HoloLens- 1”型布局設備的建模，該設備具有一個能夠以32°×18°視場引導光線的光波導組件。
光波導結構
使用光波導組件及其靈活的區域定義，可以在VirtualLab Fusion中設置帶有耦合光柵的光波導。
展開 
AR和MR光波導器件耦合光柵的優化
連續調制光柵區域光波導的優化
在下面的例子中，您可以看到這些工具中的一些發揮作用：
快速物理光學軟件VirtualLab Fusion通過其波導工具箱提供了一系列方便的工具，可在設計過程中幫助光學工程師。例如用于光柵結構配置的用戶友好的工作流程，用于光柵分析的嚴格傅里葉模態算法(FMM)，以及參數優化方法和一些針對光波導的系統設計方法。
本周，我們將繼續深入討論這個話題，看看光波導系統耦合光柵的優化。由于它們的尺寸小和自由參數很多的特點，這些任務眾所周知地極具挑戰性。
在上周的通訊中，我們強調了分析基于光波導的增強和混合現實(AR & MR)設備的一些挑戰。
連續調制光柵區域光波導的優化
我們演示了針對特定入射方向優化矩形光柵的設計流程，以獲得特定衍射級次的最大效率。
展開 AR和MR光波導器件耦合光柵的優化
在之前的通訊中，我們強調了分析基于光波導的增強和混合現實(AR & MR)設備的一些挑戰。
本周，我們將繼續深入討論這個話題，看看光波導系統耦合光柵的優化。由于它們的尺寸小和自由參數很多的特點，這些任務眾所周知地極具挑戰性。 快速物理光學軟件VirtualLab Fusion通過其波導工具箱提供了一系列方便的工具，可在設計過程中幫助光學工程師。例如用于光柵結構配置的用戶友好的工作流程，用于光柵分析的嚴格傅里葉模態算法(FMM)，以及參數優化方法和一些針對光波導的系統設計方法。 在下面的例子中，您可以看到這些工具中的一些發揮作用：
連續調制光柵區域光波導的優化
本例演示了如何通過EPE和外耦合器區域連續變化的光柵占空因子來優化光波導，以實現眼動范圍內足夠的橫向均勻性。
單入射方向光波導耦合光柵的優化
我們演示了針對特定入射方向優化矩形光柵的設計流程，以獲得特定衍射級次的最大效率。
展開 VirtualLab：AR和MR光波導器件耦合光柵的優化
在上周的通訊中，我們強調了分析基于光波導的增強和混合現實(AR & MR)設備的一些挑戰。我們將繼續深入討論這個話題，看看光波導系統耦合光柵的優化。由于它們的尺寸小和自由參數很多的特點，這些任務眾所周知地極具挑戰性。
快速物理光學軟件VirtualLab Fusion通過其波導工具箱提供了一系列方便的工具，可在設計過程中幫助光學工程師。例如用于光柵結構配置的用戶友好的工作流程，用于光柵分析的嚴格傅里葉模態算法(FMM)，以及參數優化方法和一些針對光波導的系統設計方法。
在下面的例子中，您可以看到這些工具中的一些發揮作用：
連續調制光柵區域光波導的優化
本例演示了如何通過EPE和外耦合器區域連續變化的光柵占空因子來優化光波導，以實現眼動范圍內足夠的橫向均勻性。
單入射方向光波導耦合光柵的優化
我們演示了針對特定入射方向優化矩形光柵的設計流程，以獲得特定衍射級次的最大效率。
展開 AECQ102認證提高車規級光器件的可靠性要求
光電器件AECQ102認證試驗
什么是AECQ？
AEC 是"Automotive Electronics Council:汽車電子協會"的簡稱.
克萊斯勒、福特和通用汽車為建立一套通用的零件資質及質量系統標準而設立了汽車電子(AEC),是主要汽車制造商與美國的主要部件制造商匯聚一起成立的、以車載電子部件的可靠性以及認定標準的規格化為目的的團體,AEC建立了質量控制的標準.[AEC-Q100]是針對于集成電路應力測試認證的失效機理,針對于分立器件的標準為 [AEC-Q101],針對于LED的標準為 [AEC-Q102],針對于被動元件設計為[AEC-Q200]
車燈是整車的重要組件，圍繞車燈及其附件的可靠性試驗標準紛繁復雜，各主機廠的試驗標準均有不同描述，通用性較差。由福特、克萊斯勒、通用組成的汽車電子（AEC）頒布了光電器件的可靠性標準AEC-Q102，覆蓋了LED、激光組件、光電二極管、光電晶體管等分立器件，共分28個大項，對光電器件的可靠性展開了嚴格的測試要求，為主機廠提供了可靠性高、使用壽命長的光電器件。
測試周期：2-3個月，提供全面的認證計劃、測試等服務
服務內容：
華碧實驗室AEC-Q技術團隊，執行過大量的AEC-Q測試案例，積累了豐富的認證試驗經驗，可為您提供更、更可靠的測試服務。
展開 