波導(dǎo)
關(guān)注創(chuàng)建者：琳泓c(diǎn)omsol 創(chuàng)建時(shí)間：2019-08-17
波導(dǎo)的視頻教程
038 – FDTD MIM波導(dǎo)電磁感應(yīng)透明（含演示，66元）
包含的文件截圖（手機(jī)端可能無(wú)法顯示圖片，請(qǐng)?jiān)陔娔X端查看）： 詳細(xì)描述（手機(jī)端可能無(wú)法顯示圖片，請(qǐng)?jiān)陔娔X端查看）： 如上圖所示，由Ag和空氣縫隙構(gòu)成一個(gè)MIM波導(dǎo)，波導(dǎo)旁邊設(shè)置一個(gè)六邊形的諧振腔。圖中W = 50 nm, WB = 140 nm, LB = 120 nm, LD = WB = 140 nm, g = 30 nm。
￥66 23分鐘 12播放
查看
001 - COMSOL光子晶體波導(dǎo)分束器（含講解）
附件中包含的文件截圖（手機(jī)端可能無(wú)法顯示圖片，請(qǐng)?jiān)陔娔X端查看）： 詳細(xì)描述（手機(jī)端可能無(wú)法顯示圖片，請(qǐng)?jiān)陔娔X端查看）： ????如上圖所示，一個(gè)T形的二維光子晶體波導(dǎo)將一束輸入光分為兩束。由于在T形分叉口有反射，所以?xún)蓚€(gè)輸出端口的透射率并不是都為50%，而是小于50%。 ????
￥66 55分鐘 61播放
查看
002 - COMSOL金屬納米線波導(dǎo)（含講解視頻）
002 - COMSOL金屬納米線波導(dǎo)（含講解，66元） ? 基本介紹： ·? 主要內(nèi)容：根據(jù)發(fā)表在Optics Express上的文獻(xiàn)《Single-mode plasmonic waveguiding properties of metal nanowires with dielectric substrates（作者Yipei Wang等）》，重復(fù)了所有內(nèi)容； ·??基于COMSOL
￥66 1小時(shí)39分鐘 32播放
查看
波導(dǎo)的實(shí)例教程
RSoft是一款非常實(shí)用的光波導(dǎo)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(chǎng)合。本課程主要使用RSoft算法集中的BPM算法對(duì)光波導(dǎo)和簡(jiǎn)單光波導(dǎo)器件進(jìn)行仿真計(jì)算，從而對(duì)光在波導(dǎo)中的傳輸有一定得了解。
一、軟件CAD界面：
下載網(wǎng)站上的壓縮包，解壓縮后運(yùn)行C:\Program Files\RSoft\bin文件夾中的bcadw32.exe，即出現(xiàn)如下圖所示的CAD界面。此界面是定義波導(dǎo)結(jié)構(gòu)和下一步計(jì)算的前提。
二、單根波導(dǎo)的仿真：
在軟件中，點(diǎn)擊左上角的”New Circuit”按鈕，如圖所示。
點(diǎn)擊后彈出基本設(shè)置對(duì)話框，波導(dǎo)的一些基本特性參數(shù)需要在此設(shè)定。我們模擬目前光通信系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛的掩埋型二氧化硅波導(dǎo)（channel型）。波導(dǎo)橫截面的尺寸結(jié)構(gòu)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(zhǎng)為1.55um。基本參數(shù)的設(shè)定如下圖所示（注意，軟件中關(guān)于長(zhǎng)度的單位均為um）：
設(shè)置完畢后點(diǎn)擊”O(jiān)K”，進(jìn)入CAD界面。
首先畫(huà)一根直波導(dǎo)。點(diǎn)擊”Segment mode” （新建文件時(shí)默認(rèn)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(biāo)左鍵，在任意另一處再單擊左鍵，即可畫(huà)出一條波導(dǎo)，如下圖所示。
到目前為止，畫(huà)出的波導(dǎo)是任意的，我們還需要對(duì)它進(jìn)行設(shè)置，滿(mǎn)足我們?cè)O(shè)計(jì)的要求。將鼠標(biāo)移動(dòng)至波導(dǎo)上（紅色區(qū)域上），再單擊鼠標(biāo)右鍵，會(huì)彈出波導(dǎo)的設(shè)置菜單。由于我們只需要仿真普通的直波導(dǎo)，所以大部分設(shè)置保持默認(rèn)即可。主要需要調(diào)整波導(dǎo)的位置。在RSoft軟件中，波導(dǎo)位置是由首尾兩個(gè)坐標(biāo)確定的，并且BPM計(jì)算的光是只沿著z軸傳播（即豎直方向），這個(gè)是需要特別注意的。
展開(kāi) 嗨親愛(ài)的小伙伴們?cè)俅闻雒胬玻b于近期大家主要對(duì)于耦合機(jī)理及耦合光源的要求比較高，在本期我所講述的model是基于七芯波導(dǎo)構(gòu)建成波導(dǎo)耦合器的案例，從本案例的講述可以幫助大家對(duì)于模式耦合基本理念有一個(gè)較為基礎(chǔ)性的學(xué)習(xí)。那么下面跟隨我的腳步一起去探究一下吧~
全局變量設(shè)定（圖1）
在本模塊中，我們基于光波導(dǎo)傳輸?shù)臋C(jī)理，選取的模塊為beamprop模塊，在設(shè)定的過(guò)程中由于當(dāng)各個(gè)纖芯波導(dǎo)的間距減小的作用則會(huì)有光波導(dǎo)耦合的作用，在這里我們等價(jià)為雙層波導(dǎo)介質(zhì)，即設(shè)定背景折射率為包層折射率。通過(guò)改變纖芯之間的尺寸大小以及纖芯的幾何尺寸大小進(jìn)而產(chǎn)生模式耦合的作用。基本的設(shè)定如上圖1所示，在這里就不進(jìn)行過(guò)多贅述了。詳情可翻看以往案例介紹。
圖2（七芯光纖波導(dǎo)耦合器幾何形狀）
由于光纖耦合器中在光纖直徑相對(duì)小，間距相對(duì)小的情況下，光能量的耦合作用最佳，所以我們針對(duì)于某個(gè)較為理想尺寸下的橫截面波導(dǎo)進(jìn)行延展得以分析，三維結(jié)構(gòu)幾何建模如上圖所示。再設(shè)定的過(guò)程中我們?cè)O(shè)定光纖纖芯直徑為4.4微米，纖芯與纖芯之間的橫向距離為d/2,縱向距離為d/2*1.732。
亦或者可以采用陣列的方式來(lái)進(jìn)行操作，進(jìn)而得到六邊形分布的七芯光波導(dǎo)陣列形式。
圖3 監(jiān)測(cè)模擬配置
由于在監(jiān)測(cè)過(guò)程中我們需要對(duì)每個(gè)纖芯波導(dǎo)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，因此在檢測(cè)路徑中選取四種不同的檢測(cè)路徑，在包層環(huán)境背景折射率下以纖芯基本模式LP01模式作為監(jiān)測(cè)光源進(jìn)行配置，且其尺寸大小與纖芯波導(dǎo)尺寸大小相等。
圖4 激發(fā)光源配置
分析結(jié)構(gòu)的激發(fā)光場(chǎng)及細(xì)節(jié)配置如上圖所示，同樣的道理我們?cè)O(shè)定以中間芯作為激光模式廣場(chǎng)的入射中心，并且以纖芯基模模式光作為入射光源得以進(jìn)行分析。
展開(kāi) 波導(dǎo)是一種用于將電磁波從一個(gè)位置引導(dǎo)到另一個(gè)位置的專(zhuān)用結(jié)構(gòu)，通常用于連接兩個(gè)或多個(gè)元件，以進(jìn)行信息傳輸。波導(dǎo)的橫截面通常為矩形或圓形，可實(shí)現(xiàn)低損耗的微波、無(wú)線電波和光波（光學(xué)波導(dǎo)）傳輸。
許多因素會(huì)影響波導(dǎo)傳播不同電磁波的方式，包括：
波導(dǎo)形狀
波導(dǎo)尺寸
所用材料的特性，例如剛度或柔性
波導(dǎo)常會(huì)與同軸電纜混淆，因?yàn)檫@兩者都是用于引導(dǎo)電磁波的傳輸線。然而，波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)和傳播方法不同于同軸電纜。同軸電纜通過(guò)由絕緣材料隔開(kāi)的兩個(gè)導(dǎo)體傳播電磁波；而在波導(dǎo)中，電磁波是在一種支持不同傳播“模態(tài)”的空腔結(jié)構(gòu)內(nèi)部傳播。光學(xué)波導(dǎo)利用兩種材料的折射率差異，來(lái)確保光波傳播到預(yù)期目標(biāo)位置。微波等應(yīng)用所采用的非光學(xué)波導(dǎo)，通過(guò)阻抗或材料電導(dǎo)率來(lái)約束并引導(dǎo)電磁輻射的傳播。
在這篇文章中，我們深入探討了何為波導(dǎo)以及當(dāng)今各種類(lèi)型的波導(dǎo)的應(yīng)用方式，其中重點(diǎn)介紹光學(xué)波導(dǎo)。
什么是光學(xué)波導(dǎo)？
光學(xué)波導(dǎo)以不同的光頻率（通常在紅外范圍內(nèi)）進(jìn)行光傳輸，通常用于路由或控制光信號(hào)。
光通信所用的光纖，是最常見(jiàn)的光波導(dǎo)類(lèi)型。光纖通常由硅玻璃制成，具有高折射率纖芯和低折射率包層，以便沿光纖引導(dǎo)光。
平面光學(xué)波導(dǎo)則不怎么常見(jiàn)。這些波導(dǎo)被稱(chēng)為片上波導(dǎo)，因?yàn)楣鈱W(xué)波導(dǎo)直接在半導(dǎo)體芯片上制成，例如：絕緣體上的硅、砷化鎵、鈮酸鋰或磷化銦芯片等。片上波導(dǎo)可能有多種幾何結(jié)構(gòu)，包括肋形、條形、微帶、負(fù)載型、倒肋和光子晶體等。
光子晶體光纖
光子晶體是光波導(dǎo)的一個(gè)新興領(lǐng)域，因?yàn)樗鼈兊男袨榕c其它波導(dǎo)不同。其中，光不是通過(guò)波導(dǎo)的折射率來(lái)引導(dǎo)，而是通過(guò)光子晶體的結(jié)構(gòu)圖案來(lái)引導(dǎo)，因?yàn)楣獠荒艽┻^(guò)晶體本身。晶體的光子帶隙會(huì)阻擋光的某些波長(zhǎng)，類(lèi)似于半導(dǎo)體中的電子帶隙。光子晶體實(shí)際上是“光學(xué)半導(dǎo)體”。
展開(kāi) 圖1（b）是十字型波導(dǎo)的橫截面圖，相較于傳統(tǒng)的矩形波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，該設(shè)計(jì)涉及額外的2層 沉積和刻蝕工序。在十字結(jié)構(gòu)中，上層1根和中間3根波導(dǎo)都為 波導(dǎo)，底層1根波導(dǎo)為Si波導(dǎo)。此異質(zhì)多芯波導(dǎo)端面耦合器得益于底層為硅波導(dǎo)的設(shè)計(jì)方式，簡(jiǎn)化了制造流程，降低了制造成本。從左到右看，光場(chǎng)先通過(guò) 絕熱劈尖，從Si波導(dǎo)耦合到單根 波導(dǎo)，再由 -十字波導(dǎo)劈尖轉(zhuǎn)移至十字型波導(dǎo)端面 ，并與光纖耦合，圖1（c）展示了十字型異質(zhì)多芯波導(dǎo)的模場(chǎng)分布。
圖1 （a）十字型波導(dǎo)耦合器的整體結(jié)構(gòu)圖；（b）十字型異質(zhì)多芯波導(dǎo)的截面圖；（c）十字型異質(zhì)多芯波導(dǎo)的模場(chǎng)分布圖
參數(shù)優(yōu)化
十字型波導(dǎo)的設(shè)計(jì)
選定 的厚度為300 nm，側(cè)壁傾斜角度為80°。通過(guò)Ansys Lumerical MODE模塊中的EME Solver進(jìn)行參數(shù)掃描，可得十字型波導(dǎo)與高數(shù)值孔徑光纖的光場(chǎng)之間的模場(chǎng)匹配度與d、w的關(guān)系如圖2所示，圖2（a）和圖2（b）分別表示TE模和TM模的模場(chǎng)匹配度，其中d表示波導(dǎo)與中心波導(dǎo)的中心距，而w表示 波導(dǎo)的寬度。通過(guò)選擇合適的d和w的值以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)耦合效率。
圖2 十字型波導(dǎo)與HNAF光纖的模場(chǎng)匹配度。（a）TE模；（b）TM模
2.底層半刻蝕硅波導(dǎo)的設(shè)計(jì)
將十字型波導(dǎo)中的 波導(dǎo)的尺寸參數(shù)設(shè)置為第一步分析得到的最優(yōu)值。用第一步掃描的方法可得十字型波導(dǎo)與高數(shù)值孔徑光纖的模場(chǎng)匹配度與 和 的關(guān)系如圖3所示，其中 表示底層Si波導(dǎo)與中心 波導(dǎo)的距離，而 表示Si波導(dǎo)的寬度。當(dāng)半刻蝕Si波導(dǎo)的厚度設(shè)定為70 nm時(shí)，其與光纖的模場(chǎng)匹配度如圖3（a）、（b）所示，而當(dāng)Si波導(dǎo)的厚度設(shè)定為150 nm時(shí)，其與光纖的模場(chǎng)匹配度如圖3（c）、（d）所示。
展開(kāi) 一、背景介紹
波導(dǎo)是一種用于傳導(dǎo)電磁波的導(dǎo)向結(jié)構(gòu)或封閉通道，通常采用金屬和介電材料制作而成。波導(dǎo)可以在微波和毫米波頻段中傳輸電磁波，在通信、雷達(dá)、微波加熱、光學(xué)、天線和實(shí)驗(yàn)室測(cè)試等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。常見(jiàn)的波導(dǎo)類(lèi)型有矩形波導(dǎo)、同軸線、共面波導(dǎo)、微帶線波導(dǎo)等。復(fù)雜的電子電路系統(tǒng)通常集成了多個(gè)模塊和多種類(lèi)型波導(dǎo)，這些模塊之間的信號(hào)傳輸需要將不同類(lèi)型的波導(dǎo)進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)信號(hào)模式轉(zhuǎn)換或高效率傳輸。
轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)的方式有很多，按結(jié)構(gòu)類(lèi)型可劃分為：空間耦合轉(zhuǎn)換、過(guò)渡結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換和匹配網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換等。
1、空間耦合轉(zhuǎn)換：這種轉(zhuǎn)換通常用于微帶線等平面波導(dǎo)和類(lèi)似矩形波導(dǎo)的腔體波導(dǎo)之間的轉(zhuǎn)換，通過(guò)特殊的尺寸設(shè)計(jì)，將微帶探針E/H面的準(zhǔn)TEM模式的電磁波耦合在矩形波導(dǎo)內(nèi)部，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)信號(hào)的模式轉(zhuǎn)換和傳輸。
圖 1 探針耦合轉(zhuǎn)換波導(dǎo)
2、過(guò)渡結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換：通過(guò)逐漸變化的波導(dǎo)尺寸進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換，避免了阻抗突變?cè)斐蛇^(guò)多反射。
圖 2 漸變轉(zhuǎn)換波導(dǎo)
3、匹配網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換：通過(guò)在不同波導(dǎo)之間添加阻抗匹配器件，將兩側(cè)波導(dǎo)元件或電路模塊連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的高效傳輸。
圖 3 阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)
波導(dǎo)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)通常由三部分組成：輸入端波導(dǎo)、輸出端波導(dǎo)、阻抗匹配結(jié)構(gòu)。波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器件最核心的要求是能夠連接具有不同阻抗的波導(dǎo)端口，將輸入端的信號(hào)以極高的效率傳輸至另一側(cè)的輸出端。在微波或更高頻段，電磁波波長(zhǎng)較短，波導(dǎo)連接處極易因加工誤差產(chǎn)生過(guò)多反射，導(dǎo)致信號(hào)無(wú)法在系統(tǒng)內(nèi)高效傳輸。此外，不同波導(dǎo)的傳播模式也可能存在差異，模式失配也會(huì)造成信號(hào)無(wú)法正常傳輸。
為了確保波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器性能能夠滿(mǎn)足實(shí)際應(yīng)用要求，需要進(jìn)行詳細(xì)的計(jì)算分析和終端應(yīng)用試驗(yàn)。計(jì)算分析一般要獲得波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器在端口激勵(lì)下的S參數(shù)、場(chǎng)分布、電磁場(chǎng)模式等。基于Simdroid多物理場(chǎng)仿真平臺(tái)開(kāi)發(fā)的仿真APP，可以實(shí)現(xiàn)波導(dǎo)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的快速設(shè)計(jì)與分析，提取相關(guān)性能參數(shù)，提高產(chǎn)品研發(fā)效率。
展開(kāi) 
波導(dǎo)的相關(guān)專(zhuān)題、標(biāo)簽、搜索
波導(dǎo)的最新內(nèi)容
圖2：波導(dǎo)光柵結(jié)構(gòu)示意圖
3.1 光波導(dǎo)幾何參數(shù)
光波導(dǎo)尺寸140mm×21mm，厚度2mm；輸入耦合光柵尺寸10mm×15mm，輸出耦合光柵尺寸120mm×15mm，搭配專(zhuān)用遮光外殼結(jié)構(gòu)，杜絕投影系統(tǒng)與波導(dǎo)周邊漏光問(wèn)題。
在OpticStudio軟件中使用Lumerical超透鏡插件進(jìn)行的超透鏡仿真
共封裝光學(xué)仿真
Lumerical套件的共封裝光學(xué)仿真，可以對(duì)光如何通過(guò)波導(dǎo)傳播進(jìn)行建模，并展示波導(dǎo)形狀在光波分束與引導(dǎo)中的重要作用。這些數(shù)字模型展示了共封裝光學(xué)如何支持PIC的開(kāi)發(fā)。此外，光學(xué)仿真還可以幫助設(shè)計(jì)人員評(píng)估衍射光柵將光耦合到波導(dǎo)的效率，并展示了如何調(diào)控光的傳播方式，以適應(yīng)后續(xù)波導(dǎo)的形狀和尺寸。
傳統(tǒng)的集成光子器件設(shè)計(jì)方法依賴(lài)固有知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，難以并行處理多個(gè)波導(dǎo)模式，且體積、帶寬受限。我們提出利用變換光學(xué)來(lái)設(shè)計(jì)支持多個(gè)波導(dǎo)模式傳輸?shù)某o湊多模波導(dǎo)彎曲、交叉及多模微環(huán)腔，且支持?jǐn)?shù)百納米帶寬。另外，我們基于Ansys Lumerical FDTD軟件及波導(dǎo)邊界曲線伴隨法逆向設(shè)計(jì)，優(yōu)化實(shí)現(xiàn)了任意角度X型交叉等器件，器件體積極致縮小。
Lumerical FDTD 窗口會(huì)自動(dòng)建立鏈接，隨后 3D Layout 將如下圖所示：
如果進(jìn)行光線追跡，我們可以在探測(cè)器中看到如下所示的結(jié)果：
此外，在附件文件中，用戶(hù)還可以找到更多應(yīng)用示例，包括 AR 波導(dǎo)、Flash LiDAR 以及曲面上的光柵。
在文件TWM_waveguide_electrodes.icp中，光學(xué)調(diào)制器由NRZ電信號(hào)驅(qū)動(dòng)，該電信號(hào)通過(guò)行波電極波導(dǎo)。光學(xué)調(diào)制器電極類(lèi)型設(shè)置為"lumped"。行波電極波導(dǎo)對(duì)電信號(hào)產(chǎn)生濾波效果。
例：諧振波導(dǎo)光柵的角響應(yīng)
諧振波導(dǎo)光柵的角響應(yīng)
文件信息
在折射率型波導(dǎo)中的激光器，位移一般是2-8μm。在增益型波導(dǎo)中的激光器中，位移一般約為40μm。通過(guò)指定x和y的發(fā)散角和焦點(diǎn)的距離，可以模擬像散。該光源類(lèi)型也允許光線在離束腰某些距離處產(chǎn)生，以獲得更大的精度。
圖 2.簡(jiǎn)易像散高斯光束規(guī)格
圖 3.發(fā)散的像散激光光源的光線追跡示意圖，沿著：x-z軸（左），y-z軸（中）和透視圖（右）。發(fā)散角在x方向是5°，在y方向是15°。
06/總結(jié)
OAS 光學(xué)軟件一拖二波導(dǎo)案例，通過(guò)創(chuàng)新“雙耦入光柵”分光方案破解了單光機(jī) AR 系統(tǒng)一拖二架構(gòu)的核心痛點(diǎn)，凸顯 OAS 光學(xué)軟件的核心優(yōu)勢(shì)：其可精準(zhǔn)設(shè)計(jì)雙光柵協(xié)同結(jié)構(gòu)，在有限波導(dǎo)尺寸內(nèi)實(shí)現(xiàn)雙目能量分離與低串?dāng)_，同時(shí)通過(guò)0級(jí)透射光復(fù)用設(shè)計(jì)大幅提升光能利用率，為該架構(gòu)落地提供了高效可行的技術(shù)支撐，彰顯了其在 AR 光波導(dǎo)設(shè)計(jì)領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)性。
03/內(nèi)容搶先看
光波導(dǎo)解決方案（上午）
一、當(dāng)下光波導(dǎo)仿真背景
? 當(dāng)前光波導(dǎo)設(shè)計(jì)所面臨的問(wèn)題
? 仿真軟件的作用
二、OAS光學(xué)軟件整體架構(gòu)與核心功能
? 幾何建模
? 光學(xué)仿真
? 界面操作與數(shù)據(jù)可視化
三、應(yīng)用案例展示
? 幾何陣列波導(dǎo)
? 衍射波導(dǎo)
? 全息波導(dǎo)
（部分案例展示）
超表面解決方案（下午）
三、溫濕度環(huán)境測(cè)試：適配極端氣候條件，實(shí)現(xiàn)全場(chǎng)景環(huán)境適配
智能眼鏡的使用場(chǎng)景從 **-40℃極寒戶(hù)外（如高原、冬季巡檢）** 到80℃高溫暴曬（如夏季戶(hù)外、工業(yè)車(chē)間），從95% RH 高濕雨林到干燥沙漠，極端溫濕度易導(dǎo)致鏡片起霧、鍍層脫落、膠水失效、電路短路、電池鼓包等問(wèn)題，尤其光波導(dǎo)模組（單片成本約 30 美元）對(duì)溫濕度極為敏感，易出現(xiàn)熱膨脹變形、鍍層色偏等故障。
