波導的案例
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 Rsoft光波導軟件基于七芯光纖波導耦合器模擬
嗨親愛的小伙伴們再次碰面啦，鑒于近期大家主要對于耦合機理及耦合光源的要求比較高，在本期我所講述的model是基于七芯波導構建成波導耦合器的案例，從本案例的講述可以幫助大家對于模式耦合基本理念有一個較為基礎性的學習。那么下面跟隨我的腳步一起去探究一下吧~
全局變量設定（圖1）
在本模塊中，我們基于光波導傳輸的機理，選取的模塊為beamprop模塊，在設定的過程中由于當各個纖芯波導的間距減小的作用則會有光波導耦合的作用，在這里我們等價為雙層波導介質，即設定背景折射率為包層折射率。通過改變纖芯之間的尺寸大小以及纖芯的幾何尺寸大小進而產生模式耦合的作用。基本的設定如上圖1所示，在這里就不進行過多贅述了。詳情可翻看以往案例介紹。
圖2（七芯光纖波導耦合器幾何形狀）
由于光纖耦合器中在光纖直徑相對小，間距相對小的情況下，光能量的耦合作用最佳，所以我們針對于某個較為理想尺寸下的橫截面波導進行延展得以分析，三維結構幾何建模如上圖所示。再設定的過程中我們設定光纖纖芯直徑為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進行操作，進而得到六邊形分布的七芯光波導陣列形式。
圖3 監測模擬配置
由于在監測過程中我們需要對每個纖芯波導進行實時監控，因此在檢測路徑中選取四種不同的檢測路徑，在包層環境背景折射率下以纖芯基本模式LP01模式作為監測光源進行配置，且其尺寸大小與纖芯波導尺寸大小相等。
圖4 激發光源配置
分析結構的激發光場及細節配置如上圖所示，同樣的道理我們設定以中間芯作為激光模式廣場的入射中心，并且以纖芯基模模式光作為入射光源得以進行分析。
展開 什么是波導？
波導是一種用于將電磁波從一個位置引導到另一個位置的專用結構，通常用于連接兩個或多個元件，以進行信息傳輸。波導的橫截面通常為矩形或圓形，可實現低損耗的微波、無線電波和光波（光學波導）傳輸。
許多因素會影響波導傳播不同電磁波的方式，包括：
波導形狀
波導尺寸
所用材料的特性，例如剛度或柔性
波導常會與同軸電纜混淆，因為這兩者都是用于引導電磁波的傳輸線。然而，波導的結構和傳播方法不同于同軸電纜。同軸電纜通過由絕緣材料隔開的兩個導體傳播電磁波；而在波導中，電磁波是在一種支持不同傳播“模態”的空腔結構內部傳播。光學波導利用兩種材料的折射率差異，來確保光波傳播到預期目標位置。微波等應用所采用的非光學波導，通過阻抗或材料電導率來約束并引導電磁輻射的傳播。
在這篇文章中，我們深入探討了何為波導以及當今各種類型的波導的應用方式，其中重點介紹光學波導。
什么是光學波導？
光學波導以不同的光頻率（通常在紅外范圍內）進行光傳輸，通常用于路由或控制光信號。
光通信所用的光纖，是最常見的光波導類型。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，以便沿光纖引導光。
平面光學波導則不怎么常見。這些波導被稱為片上波導，因為光學波導直接在半導體芯片上制成，例如：絕緣體上的硅、砷化鎵、鈮酸鋰或磷化銦芯片等。片上波導可能有多種幾何結構，包括肋形、條形、微帶、負載型、倒肋和光子晶體等。
光子晶體光纖
光子晶體是光波導的一個新興領域，因為它們的行為與其它波導不同。其中，光不是通過波導的折射率來引導，而是通過光子晶體的結構圖案來引導，因為光不能穿過晶體本身。晶體的光子帶隙會阻擋光的某些波長，類似于半導體中的電子帶隙。光子晶體實際上是“光學半導體”。
展開 【Lumerical系列】無源器件-端面耦合器2丨十字型異質多芯波導
圖1（b）是十字型波導的橫截面圖，相較于傳統的矩形波導結構，該設計涉及額外的2層 沉積和刻蝕工序。在十字結構中，上層1根和中間3根波導都為 波導，底層1根波導為Si波導。此異質多芯波導端面耦合器得益于底層為硅波導的設計方式，簡化了制造流程，降低了制造成本。從左到右看，光場先通過 絕熱劈尖，從Si波導耦合到單根 波導，再由 -十字波導劈尖轉移至十字型波導端面 ，并與光纖耦合，圖1（c）展示了十字型異質多芯波導的模場分布。
圖1 （a）十字型波導耦合器的整體結構圖；（b）十字型異質多芯波導的截面圖；（c）十字型異質多芯波導的模場分布圖
參數優化
十字型波導的設計
選定 的厚度為300 nm，側壁傾斜角度為80°。通過Ansys Lumerical MODE模塊中的EME Solver進行參數掃描，可得十字型波導與高數值孔徑光纖的光場之間的模場匹配度與d、w的關系如圖2所示，圖2（a）和圖2（b）分別表示TE模和TM模的模場匹配度，其中d表示波導與中心波導的中心距，而w表示 波導的寬度。通過選擇合適的d和w的值以實現最優耦合效率。
圖2 十字型波導與HNAF光纖的模場匹配度。（a）TE模；（b）TM模
2.底層半刻蝕硅波導的設計
將十字型波導中的 波導的尺寸參數設置為第一步分析得到的最優值。用第一步掃描的方法可得十字型波導與高數值孔徑光纖的模場匹配度與 和 的關系如圖3所示，其中 表示底層Si波導與中心 波導的距離，而 表示Si波導的寬度。當半刻蝕Si波導的厚度設定為70 nm時，其與光纖的模場匹配度如圖3（a）、（b）所示，而當Si波導的厚度設定為150 nm時，其與光纖的模場匹配度如圖3（c）、（d）所示。
展開 
仿真APP在波導轉換器設計中的應用
一、背景介紹
波導是一種用于傳導電磁波的導向結構或封閉通道，通常采用金屬和介電材料制作而成。波導可以在微波和毫米波頻段中傳輸電磁波，在通信、雷達、微波加熱、光學、天線和實驗室測試等領域應用廣泛。常見的波導類型有矩形波導、同軸線、共面波導、微帶線波導等。復雜的電子電路系統通常集成了多個模塊和多種類型波導，這些模塊之間的信號傳輸需要將不同類型的波導進行連接，實現信號模式轉換或高效率傳輸。
轉換設計的方式有很多，按結構類型可劃分為：空間耦合轉換、過渡結構轉換和匹配網絡轉換等。
1、空間耦合轉換：這種轉換通常用于微帶線等平面波導和類似矩形波導的腔體波導之間的轉換，通過特殊的尺寸設計，將微帶探針E/H面的準TEM模式的電磁波耦合在矩形波導內部，進而實現信號的模式轉換和傳輸。
圖 1 探針耦合轉換波導
2、過渡結構轉換：通過逐漸變化的波導尺寸進行信號轉換，避免了阻抗突變造成過多反射。
圖 2 漸變轉換波導
3、匹配網絡轉換：通過在不同波導之間添加阻抗匹配器件，將兩側波導元件或電路模塊連接起來，實現信號的高效傳輸。
圖 3 阻抗匹配網絡
波導轉換結構通常由三部分組成：輸入端波導、輸出端波導、阻抗匹配結構。波導轉換器件最核心的要求是能夠連接具有不同阻抗的波導端口，將輸入端的信號以極高的效率傳輸至另一側的輸出端。在微波或更高頻段，電磁波波長較短，波導連接處極易因加工誤差產生過多反射，導致信號無法在系統內高效傳輸。此外，不同波導的傳播模式也可能存在差異，模式失配也會造成信號無法正常傳輸。
為了確保波導轉換器性能能夠滿足實際應用要求，需要進行詳細的計算分析和終端應用試驗。計算分析一般要獲得波導轉換器在端口激勵下的S參數、場分布、電磁場模式等。基于Simdroid多物理場仿真平臺開發的仿真APP，可以實現波導轉換結構的快速設計與分析，提取相關性能參數，提高產品研發效率。
展開 AR衍射光波導設計遇瓶頸，OAS 光學軟件來破局
AR 衍射光波導的設計仿真與分析
簡介
目前 AR 衍射光波導發展迅速，對于衍射光波導的設計與仿真也在整體設計中起到重要的作用。本文重點介紹國產光學軟件 OAS (Optical Advanced Software) 對 AR 衍射光波導的設計與仿真分析，可以同時分析宏觀的幾何光線追跡和微觀衍射光柵的跨尺度仿真，分析整體系統的傳輸效率及成像效果。
1.AR 衍射光波導系統
下圖為 AR 衍射光波導系統的結構視圖，包括一維光柵光波導和二維光柵光波導，從波導的法向方向查看，對于一維光柵波導，入射光通過耦入光柵耦入進波導進行全反射的傳播，然后通過轉向光柵改變光在波導中的傳播方向并進行擴瞳，最后通過耦出光柵將波導的光耦出到人眼并進行成像。對于二維光柵波導結構，由于二維光柵的衍射特性，可以同時起到耦出和擴瞳的作用，因此該結構可以只使用兩個光柵來進行波導的設計，可以進一步縮小波導的體積，便于集成化的設計。
圖1.1 衍射光波導系統結構視圖（波導法向視圖）。(a) L型三分區一維光柵波導；(b) 二維光柵波導
2.光柵設計
AR 設計中不同光柵的作用不同，相對的，光柵的工作級次和周期等參數也有所不同。光柵對入射光波長的敏感性，不同參數下對應的光柵工作級次的衍射效率等都是需要考慮的指標。下述為常見光柵設計的方法。
對于工作波長450nm的藍光，光源介質為空氣入射到光柵上，光柵基底材料為熔融石英，考慮其透射+1級的衍射效率。對于如下所示的鋸齒光柵。
圖2.1 鋸齒光柵結構示意圖
對于這樣的一個初始結構的選擇，可以在 OAS 軟件中進行相應的建模和仿真。確定入射光的波長和方向（入射角為0°），鋸齒光柵的初始結構，周期350nm，最后便是對軟件中探測器的建立，整體的光柵系統用于分析光柵的性能。
展開 光波導：主流AR眼鏡的核心顯示技術
因此傳統玻璃制造商比如康寧(Corning)和肖特(Schott)，近年來都在為近眼顯示市場研制專門的高折射率并且輕薄的玻璃基底，還在努力不斷增大晶元尺寸以降低波導生產的單位成本。
有了高折射率玻璃基底，區別波導類型就主要在于光進出波導的耦合結構了。
光波導總體上可以分為幾何光波導（Geometric Waveguide）和衍射光波導（Diffractive Waveguide）兩種，幾何光波導就是所謂的陣列光波導，其通過陣列反射鏡堆疊實現圖像的輸出和動眼框的擴大，代表光學公司是以色列的Lumus，目前市場上還未出現大規模的量產眼鏡產品。
衍射光波導主要有利用光刻技術制造的表面浮雕光柵波導(Surface Relief Grating)和基于全息干涉技術制造的全息體光柵波導(Volumetric Holographic Grating)， HoloLens 2，Magic Leap One均屬于前者，全息體光柵光波導則是使用全息體光柵元件代替浮雕光柵，蘋果公司收購的Akonia公司采用的便是全息體光柵，另外致力于這個方向的還有Digilens。這個技術還在發展中，色彩表現比較好，但目前對FOV的限制也比較大。
這里還要區別一下真正的“全息技術”，其實這一直是個誤區，全息光柵只是因為利用了類似于全息照相的原理來制造的，即用兩束激光形成干涉條紋來調制光柵材料的特性以形成“折射率周期”，光柵本身并不能夠全息成像。
幾何光波導的工作原理及優缺點
“幾何光波導”的概念最先由以色列公司Lumus提出并一直致力于優化迭代，至今差不多快二十年了。
圖 4.
展開 RGB 波導色彩還原難？OAS 軟件解決設計難題
<p class="ql-align-center"><strong>三波導疊加的RGB波導案例分析</strong></p><p><br></p><p class="ql-align-justify"><br></p><p><strong style="color: rgb(13, 80, 199);">簡介</strong></p><p class="ql-align-justify">RGB 波導是 AR 近眼顯示設備的核心光學組件，其核心需求是實現紅（620nm）、綠（550nm）、藍（450nm）三波長光的精準協同傳播，最終在眼盒內形成色彩均勻、成像清晰的合成圖像。由于不同波長光的衍射特性差異顯著，傳統設計易出現色彩偏移、傳播方向偏差等問題。OAS 光學軟件憑借幾何光學與波動光學跨尺度仿真能力，可實現從微觀光柵設計到宏觀系統性能分析的全流程覆蓋，為 RGB 波導設計提供高效解決方案。</p><p class="ql-align-justify"><br></p><p><strong>案例設置與操作</strong></p><p>模型構建</p><p>RGB 波導采用三層獨立波導分層設計，每層波導對應單一波長光的傳輸。每層波導沿光傳播路徑依次集成耦入光柵、轉向光柵與耦出光柵。</p><p>分層結構的優勢在于可針對不同波長單獨優化光學參數，避免多波長光在同一波導內的串擾。</p><p>參數設置</p><p class="ql-align-justify">不同波長光的衍射效率對光柵周期、傾角敏感，需通過 OAS 軟件進行參數優化，選用鋸齒形透射光柵，基于 OAS 內置光柵模型庫搭建三維模型，定義入射光入射角為 0°。
展開 OAS百葉窗波導案例破難題
百葉窗波導案例分析
簡介
百葉窗波導作為一種創新的光學結構，在增強現實（AR）顯示、集成光學系統以及光信號處理等領域展現出巨大的應用潛力。OAS 光學軟件憑借其強大的光學建模與仿真分析能力，成為研究百葉窗波導光學特性的理想工具。
案例設置與操作
參數配置
深入分析光束通過棱鏡進入波導內部后的傳輸與分束特性。在案例設計中，構建了包含入射光源、棱鏡、波導板以及鍍膜葉片陣列的完整百葉窗波導光學系統。具體參數設置如下：
入射光源選用波長為 532nm 的單色光源，該波長在光學顯示與光通信領域應用廣泛；棱鏡采用特定角度和折射率設計，以確保光束能夠高效耦合進入波導板；波導板選用光學性能優良的材料，其厚度、折射率等參數依據實際應用需求進行精確設定；鍍膜葉片采用多層膜系結構，通過優化膜系材料與厚度參數，實現對光線的特定分束效果。同時，對鍍膜葉片的排列方式、間距等幾何參數進行精細設計，以調控光在波導板內的分束傳播路徑。
仿真過程
在 OAS 光學軟件中完成百葉窗波導系統的建模與參數設置后，啟動仿真計算。仿真過程嚴格遵循光的傳播理論，精確模擬光束在各光學元件中的傳輸行為。
通過仿真，得到了光束在波導板內的傳輸路徑、光強分布以及通過鍍膜葉片分束后的光場特性。
（百葉窗波導的實體模型圖）
（百葉窗的三維追跡圖）
（百葉窗的探測器結果圖）
總結
本案例借助 OAS 光學軟件成功實現了對百葉窗波導系統的高精度仿真與深入分析，清晰呈現了光束在波導板內的傳輸與分束過程，驗證了 OAS 軟件在研究復雜光學結構方面的有效性與可靠性。通過仿真結果分析，為百葉窗波導的優化設計提供了具體的改進方向。
展開 VirtualLab：具有連續調制光柵區域的光波導化
摘要
在增強現實和混合現實應用 (AR & MR) 領域的波導光學器件設計過程中，橫向均勻性（每個視場模式）和整體效率是兩個最重要的評價函數。為了在光波導系統中獲得適當的均勻性和效率值，有必要允許光柵參數的變化，特別是在光瞳擴展區域和/或耦出區域中。為此，VirtualLab Fusion 能夠在光柵區域中引入平滑變化的光柵參數，并提供必要的工具來根據定義的評價函數運行優化。此用例展示了如何使用連續變化的填充因子值優化波導來獲得足夠的均勻性。
任務描述
光波導組件
使用波導組件，可以輕松定義具有復雜形狀區域的波導系統。此外，這些區域可以配備理想化或真實的光柵結構，以充當耦入元件、耦出元件或出瞳擴展元件。更多信息請見：
波導的構造
光柵區域
對于耦入元件、耦出元件和眼瞳擴展元件 (EPE)，使用了真實光柵。他們的瑞利矩陣和相應的效率是用 FMM (RCWA) 嚴格計算的。您可以在以下位置找到有關如何設置的更多信息：
如何使用真實光柵結構設置一個波導
均勻性探測器
均勻性探測器評估局部區域內（稱為光瞳）的能量強度。每個光瞳由其大小定義(???? × ????) ，其可以設置為橢圓形或矩形。
您可以下方鏈接找到有關如何設置的信息：
用于波導系統的均勻性探測器
總結-組件
帶有附加指南的一般工作流程
1. 基本光學波導設置的配置（不屬于此用例的一部分）
2. 光束步跡和光柵分析工具的應用，包括生成滿足參數調制所有要求的光學設置
3. 光柵參數所需調制的定義
4. 選擇變量并定義評價函數以優化調制光柵參數。
展開 AR/VR陣列波導性能提升難？OAS 軟件助力精準解決
<p class="ql-align-center"><strong>幾何陣列波導案例</strong></p><p><br></p><p class="ql-align-justify"><br></p><p><strong style="color: rgb(13, 80, 199);">簡介</strong></p><p><strong>在現代光學系統的設計與分析中，精確模擬虛擬場景的渲染與交互過程至關重要。陣列波導結構作為一種在AR/VR領域廣泛應用的光學組件，其性能優化依賴于先進的光學模擬工具。本案例旨在展示如何運用 OAS 光學軟件對一般的幾何陣列波導結構進行模擬分析。</strong></p><p class="ql-align-justify"><br></p><p><strong>OAS 軟件在案例中的應用</strong></p><p><strong>模型構建</strong></p><p class="ql-align-justify">在 OAS 軟件中，首先依據實際的陣列波導結構尺寸，精確構建幾何模型。對于波導板，設定其長度、寬度、高度以及波導的折射率分布等參數，以準確描述光在波導中的傳輸。分束器的透過率則根據設計要求，逐一進行參數設置。理想透鏡的焦距等關鍵參數也按照實際使用情況進行輸入，從而構建出完整且精確的陣列波導光學模型。</p><p>參數設置</p><p class="ql-align-justify">在軟件中精確設定其折射率隨波長的變化關系。對于分束器，根據其設計的透過率曲線，在軟件中定義相應的光學薄膜參數，以實現準確的分光效果模擬。理想透鏡則選用光學性能穩定的材料，并設定其折射率等參數，保證聚焦效果的準確模擬。同時，考慮到實際光學系統中可能存在的吸收與散射損耗，對各光學元件的吸收系數等參數進行合理設置。
展開 
國產光學軟件突破 | 3D可視化衍射光波導仿真
原文信息
原文標題：“基于光線場追跡的國產3D可視化衍射光波導仿真模塊研究”
第一作者：覃嘉佳
通訊作者：宋強，劉祥彪, 張善文，段輝高，周常河
增強現實（AR）技術作為新興人機交互模式，其近眼顯示領域中，AR 衍射光波導技術因輕量化、小型化等優勢成為核心發展方向。高品質衍射光波導的設計優化離不開專業仿真軟件。為填補國內空白，本研究團隊研發了完全自主可控的 3D 可視化衍射光波導仿真模塊，覆蓋 k 域分析、光波導仿真與優化全過程，可納入微投影光機和人眼模型實現全維度仿真。
研究基于該模塊設計二維出瞳擴展衍射光波導，通過確定光柵矢量、劃分功能區域并精細調控光柵參數，結合光線場追跡完成仿真，并與國外商業軟件結果對比，驗證了模塊的有效性與實用性，為我國 AR 產業自主發展提供技術支撐。
二維出瞳擴展衍射光波導中的光線傳播示意圖（來自原文）
該模塊成功設計出具備二維出瞳擴展的衍射光波導，整體系統由微型投影光機、光波導與人眼模型構成，結構設計極具優勢。其投影光學系統焦距 14.5 mm，對角線視場角 28°，總長度僅 9.45 mm，光學元件直徑小于 5.4 mm，憑借緊湊小巧的特性，完美適配近眼顯示設備的輕量化需求。在性能表現上，該系統在 30 cycles/mm 采樣頻率下的光學調制傳遞函數（MTF）值均優于 0.7，成像質量穩定可靠。
可視化3D衍射光波導模組示意圖（來自原文）
為驗證模塊性能，研發團隊與市面主流商業軟件，在衍射效率、均勻性及光線路徑等關鍵指標上展開對比，結果充分證明了該國產模塊的精度與可靠性。
展開 基于Lumerical fdtd進行無序光子晶體波導的仿真設計及優化
我們的期望是五邊形氣孔相比于圓柱形氣孔具有更優良的光傳輸特性，對光的局域能力更強，因此先對波導的間隙、光子晶體晶格常數、圓氣孔半徑等參數進行優化，得到最佳的有序五邊形氣孔的光子晶體波導傳輸特性，其次對中間六排的光子晶體引入無序模型，控制五邊形的旋轉無序程度來實現更強的光場局域特性。
圖1 五邊形氣孔的有序型光子晶體波導模型
對于五邊形旋轉度無序的模型，我們引入如圖2(a)所示的高斯分布的旋轉角度，橫坐標為不同的旋轉角度，縱坐標為不同旋轉角度對應取的五邊形數量，無序光子晶體波導見建模如圖2(b)所示。
圖2 五邊形氣孔的無序型光子晶體波導模型
如圖3(a)所示，對有序五邊形光子晶體波導進行優化，隨后與優化后的普通圓形光子晶體波導的傳輸功率進行對比，證明了五邊形光子晶體波導優異的光傳輸特性；其次研究五邊形光子晶體波導的無序程度對光傳輸功率的影響，結果表明6%無序度對光場傳輸貢獻最高(圖3(b))。
圖3 五邊形氣孔的優化結果
圖4展示了優化后的有光子晶體波導的能量傳輸圖，可以發現其具有良好的光波傳輸和光場局域能力。
圖4 (a) 有序光子晶體波導優化后的Pxy (b) 有序光子晶體波導優化后的Pyz
最后，有相關需求歡迎通過公眾號“320科技工作室”與我們聯絡。
展開 VirtualLab：具有連續調制光柵區域的光波導化
摘要
在增強現實和混合現實應用 (AR & MR) 領域的波導光學器件設計過程中，橫向均勻性（每個視場模式）和整體效率是兩個最重要的評價函數。為了在光波導系統中獲得適當的均勻性和效率值，有必要允許光柵參數的變化，特別是在光瞳擴展區域和/或耦出區域中。為此，VirtualLab Fusion 能夠在光柵區域中引入平滑變化的光柵參數，并提供必要的工具來根據定義的評價函數運行優化。此用例展示了如何使用連續變化的填充因子值優化波導來獲得足夠的均勻性。
任務描述
光波導組件
使用波導組件，可以輕松定義具有復雜形狀區域的波導系統。 此外，這些區域可以配備理想化或真實的光柵結構，以充當耦入元件、耦出元件或出瞳擴展元件。 更多信息請見：
波導的構造
光柵區域
對于耦入元件、耦出元件和眼瞳擴展元件 (EPE)，使用了真實光柵。他們的瑞利矩陣和相應的效率是用 FMM (RCWA) 嚴格計算的。您可以在以下位置找到有關如何設置的更多信息：
如何使用真實光柵結構設置一個波導
均勻性探測器
均勻性探測器評估局部區域內（稱為光瞳）的能量強度。每個光瞳由其大小定義(???? × ????) ，其可以設置為橢圓形或矩形。
您可以下方鏈接找到有關如何設置的信息：
用于波導系統的均勻性探測器
總結-組件
帶有附加指南的一般工作流程
1. 基本光學波導設置的配置（不屬于此用例的一部分）
2. 光束步跡和光柵分析工具的應用，包括生成滿足參數調制所有要求的光學設置
3. 光柵參數所需調制的定義
4. 選擇變量并定義評價函數以優化調制光柵參數。
展開 上海交大金賢敏團隊制備出軌道角動量波導光子芯片
金賢敏團隊通過飛秒激光直寫技術制備了首個波導橫截面為“甜甜圈”型的三維集成的軌道角動量波導光子芯片，使得軌道角動量這一新興自由度在芯片內操控得以在實驗中首次實現。這也將促進未來光子集成芯片上高維量子信息與高維量子計算的實現。
傳統的波導，由于其有效折射率過小而不能分開幾乎簡并的軌道角動量模式。研究組通過三維飛秒激光直寫技術得到的“甜甜圈”波導可以有效地將簡并的軌道角動量模式分開。此“甜甜圈”型波導是由12根相互之間有輕微重疊的波導和高折射率芯所組成的。通過測量從芯片出來的扭曲光與參考光的干涉以及對芯片前后的態作投影測量，實驗驗證了此波導可以高效高保真地傳輸低階軌道角動量模式，特別是傳輸總效率高達60%。對于高階模式，目前加工出來的波導，會讓其轉化為低階模式。同時實驗發現，此波導也可以高保真地傳輸三比特的“qutrit”態，超越了傳統的兩比特的“qubit”態。這暗示著此波導將很有潛力可以用于高維量子態的傳輸與操控。
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