波導(dǎo)器件的案例
Lumerical FDTD&MODE一對(duì)一線上直播培訓(xùn)(超材料板塊和波導(dǎo)光子器件)
此次課程主要包括兩大板塊(二選一)：入門+超材料板塊；入門+波導(dǎo)光子器件板塊。
二 培訓(xùn)方式
本次培訓(xùn)全程線上授課, 采用一對(duì)一或者一對(duì)多方式進(jìn)行, 以視頻方式授課，工程案例講解，答疑，技術(shù)交流，
學(xué)員需要自行準(zhǔn)備電腦。
三 培訓(xùn)對(duì)象
研究方向?yàn)槌牧戏抡婊蛘?em>波導(dǎo)光子器件的研究人員
四、培訓(xùn)內(nèi)容
（1）入門板塊
主要通過一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)例對(duì)FDTD的界面和操作流程進(jìn)行介紹，并對(duì)涉及其中的材料庫(kù)、結(jié)構(gòu)組、光源和監(jiān)視器等進(jìn)行相關(guān)說明和解釋，最后將以簡(jiǎn)單的案例出發(fā)對(duì)腳本建模進(jìn)行簡(jiǎn)要的展示和說明。
一種超材料的電場(chǎng)圖
（2）超材料板塊
該板塊主要以案例為主，分別對(duì)多個(gè)論文中的超材料吸波體、可調(diào)超材料以及超透鏡進(jìn)行復(fù)現(xiàn)和說明。在本板塊將對(duì)所有結(jié)構(gòu)進(jìn)行參數(shù)化建模，并對(duì)輸出曲線進(jìn)行相關(guān)處理，此外還包括超透鏡的計(jì)算和整體3D建模，實(shí)現(xiàn)一鍵式腳本建模方法。
超透鏡的腳本建模過程圖
偏振分束聚焦超透鏡電場(chǎng)圖
（3）波導(dǎo)光子器件板塊
該板塊從MODE軟件出發(fā)，通過其中的FDE、EME以及varFDTD板塊對(duì)簡(jiǎn)單波導(dǎo)、邊緣耦合器、光柵耦合器、Y型分束器、諧振環(huán)等光子無源器件進(jìn)行建模和相關(guān)的論文案例復(fù)現(xiàn)。此外，還將通過FDTD軟件對(duì)上述器件進(jìn)行建模與驗(yàn)證，并對(duì)當(dāng)下火熱的SWG波導(dǎo)器件進(jìn)行演示和復(fù)現(xiàn)。
圖 SWG寬帶耦合器
圖 SWG分束器
更多案例介紹請(qǐng)聯(lián)系我們獲取.
五 時(shí)間及費(fèi)用
1. 教學(xué)費(fèi)用：根據(jù)每次培訓(xùn)的人數(shù)定價(jià),具體聯(lián)系客服獲取當(dāng)前期培訓(xùn)價(jià)格.
2. 付款方式：微信，支付寶，對(duì)公轉(zhuǎn)賬等
3. 發(fā)票信息：可出具正式發(fā)票（普票）
4.
展開 利用RSoft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 ￥15
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?；緟?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，即可畫出一條波導(dǎo)，如下圖所示。
到目前為止，畫出的波導(dǎo)是任意的，我們還需要對(duì)它進(jìn)行設(shè)置，滿足我們?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 [NEWSLETTER] 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）波導(dǎo)器件的MTF分析
基于光柵的波導(dǎo)已經(jīng)開始主導(dǎo)增強(qiáng)和混合現(xiàn)實(shí)（AR & MR）領(lǐng)域。這些設(shè)備的最終測(cè)試是在設(shè)備用戶的視網(wǎng)膜處獲得數(shù)字仿生圖像的良好重建。性能的這一方面通常通過調(diào)制傳遞函數(shù)（MTF）來表征，調(diào)制傳遞函數(shù)（MTF）量化成像系統(tǒng)的分辨率能力。與視野范圍均勻性不同（增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)小工具的質(zhì)量的另一個(gè)重要度量，因?yàn)榈途鶆蛐钥赡軐?dǎo)致極其不舒服的頻閃和閃爍效果），MTF對(duì)光源的時(shí)間相干性特性以及可能演變的任何衍射極其敏感，不僅在到視網(wǎng)膜的最后傳播步驟中（給定的，因?yàn)槲覀冋趥鞑サ浇裹c(diǎn)中），而且關(guān)鍵的是，還有在波導(dǎo)內(nèi)傳播時(shí)發(fā)生的衍射（通常由光柵區(qū)域邊界處的截?cái)嘁穑?光學(xué)建模和設(shè)計(jì)軟件VirtualLab Fusion提供了完美的工具來應(yīng)對(duì)這些具有挑戰(zhàn)性的設(shè)計(jì)任務(wù)。它的的建模技術(shù)所提供的靈活性實(shí)現(xiàn)了在單一軟件平臺(tái)上互操作性的最大無縫性，光學(xué)設(shè)計(jì)人員每次都能在精度和速度之間取得必要的平衡--模擬的精度和速度都能達(dá)到所需的準(zhǔn)確性和盡可能快。
如果你仍然需要說服力，請(qǐng)繼續(xù)看看下面的例子！
用于AR應(yīng)用的復(fù)雜波導(dǎo)器件中MTF分析的精度-速度平衡控制
在這個(gè)用例中，我們展示了光源的時(shí)間相干性和衍射是如何影響光在波導(dǎo)內(nèi)傳播的。當(dāng)表征基于光柵波導(dǎo)的PSF和MTF以用于AR和MR領(lǐng)域時(shí)，必須在模型中考慮這些影響。
光波導(dǎo)的構(gòu)造
可以使用光導(dǎo)組件及其靈活的區(qū)域定義在VirtualLab Fusion中設(shè)置帶有耦合光柵的光波導(dǎo)。
展開 AR&MR光波導(dǎo)器件的仿真研究
AR&MR光波導(dǎo)器件的仿真研究
使用光波導(dǎo)元件對(duì)“HoloLens 1”型進(jìn)行建模
本使用案例演示了一個(gè)簡(jiǎn)單的“HoloLens- 1”型布局設(shè)備的建模，該設(shè)備具有一個(gè)能夠以32°×18°視場(chǎng)引導(dǎo)光線的光波導(dǎo)組件。
光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)
使用光波導(dǎo)組件及其靈活的區(qū)域定義，可以在VirtualLab Fusion中設(shè)置帶有耦合光柵的光波導(dǎo)。
隨著增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和混合現(xiàn)實(shí)(AR&MR)領(lǐng)域新技術(shù)的出現(xiàn)，使光學(xué)光波導(dǎo)越來越受歡迎。為了對(duì)此類結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模和設(shè)計(jì)，VirtualLab Fusion使用其強(qiáng)大的光波導(dǎo)工具箱，該工具箱允許靈活定義整體結(jié)構(gòu)以及內(nèi)外耦合器的不同區(qū)域。再加上它的非順序模擬引擎，結(jié)合了所有關(guān)鍵的物理效應(yīng)，如偏振、孔徑衍射和相干性，為光學(xué)工程師提供了強(qiáng)大的工具，支持他們研究和設(shè)計(jì)用于AR和MR的光波導(dǎo)裝置。
展開 
增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）波導(dǎo)器件的MTF分析
基于光柵的波導(dǎo)已經(jīng)開始主導(dǎo)增強(qiáng)和混合現(xiàn)實(shí)（AR & MR）領(lǐng)域。這些設(shè)備的最終測(cè)試是在設(shè)備用戶的視網(wǎng)膜處獲得數(shù)字仿生圖像的良好重建。性能的這一方面通常通過調(diào)制傳遞函數(shù)（MTF）來表征，調(diào)制傳遞函數(shù)（MTF）量化成像系統(tǒng)的分辨率能力。與視野范圍均勻性不同（增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)小工具的質(zhì)量的另一個(gè)重要度量，因?yàn)榈途鶆蛐钥赡軐?dǎo)致極其不舒服的頻閃和閃爍效果），MTF對(duì)光源的時(shí)間相干性特性以及可能演變的任何衍射極其敏感，不僅在到視網(wǎng)膜的最后傳播步驟中（給定的，因?yàn)槲覀冋趥鞑サ浇裹c(diǎn)中），而且關(guān)鍵的是，還有在波導(dǎo)內(nèi)傳播時(shí)發(fā)生的衍射（通常由光柵區(qū)域邊界處的截?cái)嘁穑?光學(xué)建模和設(shè)計(jì)軟件VirtualLab Fusion提供了完美的工具來應(yīng)對(duì)這些具有挑戰(zhàn)性的設(shè)計(jì)任務(wù)。它的的建模技術(shù)所提供的靈活性實(shí)現(xiàn)了在單一軟件平臺(tái)上互操作性的最大無縫性，光學(xué)設(shè)計(jì)人員每次都能在精度和速度之間取得必要的平衡--模擬的精度和速度都能達(dá)到所需的準(zhǔn)確性和盡可能快。
如果你仍然需要說服力，請(qǐng)繼續(xù)看看下面的例子！
用于AR應(yīng)用的復(fù)雜波導(dǎo)器件中MTF分析的精度-速度平衡控制
在這個(gè)用例中，我們展示了光源的時(shí)間相干性和衍射是如何影響光在波導(dǎo)內(nèi)傳播的。當(dāng)表征基于光柵波導(dǎo)的PSF和MTF以用于AR和MR領(lǐng)域時(shí)，必須在模型中考慮這些影響。
光波導(dǎo)的構(gòu)造
可以使用光導(dǎo)組件及其靈活的區(qū)域定義在VirtualLab Fusion中設(shè)置帶有耦合光柵的光波導(dǎo)。
展開 復(fù)雜光波導(dǎo)器件中控制MTF分析的精度和速度間的平衡
摘要
在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和混合現(xiàn)實(shí)應(yīng)用（AR/MR）領(lǐng)域的波導(dǎo)器件的設(shè)計(jì)過程中，準(zhǔn)確計(jì)算可實(shí)現(xiàn)的光學(xué)性能是其主要任務(wù)之一。除了空間和角度均勻性外，一個(gè)非常重要的量是調(diào)制傳遞函數(shù)（MTF），它可以評(píng)估最終器件的分辨率能力。在本例中，我們指出了衍射和相干效應(yīng)對(duì)計(jì)算得到的MTF精度的影響。我們會(huì)進(jìn)一步說明，一個(gè)準(zhǔn)確和快速的包含這些影響的計(jì)算需要在一個(gè)單一平臺(tái)上結(jié)合高度交互性的模擬技術(shù)。這也使用戶能夠無縫地控制復(fù)雜光學(xué)系統(tǒng)的精度和速度間的平衡。
任務(wù)說明書
任務(wù)：如何準(zhǔn)確計(jì)算波導(dǎo)的MTF？需要考慮哪些影響？
布局和初始參數(shù)：
耦入耦合器
·理想光柵
·380 nm周期
·效率+1級(jí)次：50%
·效率0級(jí)次：50%（用于背面照明）
耦出耦合器
·二元光柵
·380 nm周期
·高度：50 nm
·填充系數(shù)：50%
光瞳擴(kuò)展器
·二元光柵
·268.7nm周期
·高度50 nm
·填充系數(shù)50%
仿真與設(shè)置：?jiǎn)纹脚_(tái)交互性
連接建模技術(shù)：光源
光源引擎模型
·光束類型：平面波束
·直徑：3mm（圓形）
·偏振：線偏振
·波長(zhǎng)：532 nm
·帶寬：0 nm、1 nm、10 nm
針對(duì)具有有限帶寬（時(shí)間相干性）的光源的可用建模技術(shù)：
在此設(shè)置中，有兩種不同的技術(shù)對(duì)光源建模，每種技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)將在文檔中討論。
建模技術(shù)的單平臺(tái)交互性
每束光束在復(fù)雜系統(tǒng)中傳播時(shí)都與不同類型的光學(xué)元件相互作用。因此，一個(gè)精確的模型需要算法的無縫交互性，以便能夠處理以下出現(xiàn)的所有方面：
1. 光柵（耦入耦合器、光瞳擴(kuò)展器、耦出耦合器）
2. 自由空間（平板玻璃內(nèi)傳播）
3. 平板玻璃表面的反射
4. 區(qū)域邊界（光柵邊界）
5.
展開 伏圖高頻電磁場(chǎng)分析功能介紹及波導(dǎo)微波器件仿真APP開發(fā)
這里我們以一個(gè)簡(jiǎn)單但具有代表性的微波器件案例——加載介質(zhì)諧振塊的波導(dǎo)濾波器仿真，來展示高頻電磁場(chǎng)仿真APP的開發(fā)：矩形波導(dǎo)濾波器 – Simapps Store – 工業(yè)仿真APP商店
濾波器是通信系統(tǒng)射頻前端的核心器件，加載介質(zhì)塊的波導(dǎo)濾波器是一種最簡(jiǎn)單的濾波器實(shí)現(xiàn)形式，通過在傳統(tǒng)的矩形金屬波導(dǎo)中加載一個(gè)介質(zhì)塊形成諧振器，從而對(duì)特定頻率進(jìn)行調(diào)控。
矩形波導(dǎo)濾波器仿真
本APP可以對(duì)加載介質(zhì)塊的波導(dǎo)濾波器進(jìn)行設(shè)計(jì)仿真，用戶可通過修改波導(dǎo)參數(shù)、介質(zhì)塊參數(shù)，快速得到仿真結(jié)果，同時(shí)可查看器件的電場(chǎng)、磁場(chǎng)分布以及器件參數(shù)。
濾波器電場(chǎng)分布
濾波器S參數(shù)曲線圖
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歡迎在線體驗(yàn)仿真APP：矩形波導(dǎo)濾波器 – Simapps Store – 工業(yè)仿真APP商店
試用通用多物理場(chǎng)仿真PaaS平臺(tái)伏圖（Simdroid）：
伏圖? - Simapps Store - 工業(yè)仿真APP商店
探索更多仿真APP開發(fā)與應(yīng)用，可關(guān)注“仿真APP賦能千行百業(yè)”系列直播！
觀看往期回放：【第8期】伏圖(Simdroid)高頻電磁場(chǎng)分析功能介紹及波導(dǎo)微波器件仿真APP開發(fā) - Simapps Store - 工業(yè)仿真APP商店
系列直播回放：“仿真APP賦能千行百業(yè)”系列直播-合集 - Simapps Store - 工業(yè)仿真APP商店
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下期系列直播精彩預(yù)告：仿真APP在汽車電池包隨機(jī)振動(dòng)分析中的應(yīng)用 - Simapps Store - 工業(yè)仿真APP商店
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展開 復(fù)雜光波導(dǎo)器件中控制MTF分析的精度和速度間的平衡
任務(wù)：如何準(zhǔn)確計(jì)算波導(dǎo)的MTF？需要考慮哪些影響？
任務(wù)說明書
在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和混合現(xiàn)實(shí)應(yīng)用（AR/MR）領(lǐng)域的波導(dǎo)器件的設(shè)計(jì)過程中，準(zhǔn)確計(jì)算可實(shí)現(xiàn)的光學(xué)性能是其主要任務(wù)之一。除了空間和角度均勻性外，一個(gè)非常重要的量是調(diào)制傳遞函數(shù)（MTF），它可以評(píng)估最終器件的分辨率能力。在本例中，我們指出了衍射和相干效應(yīng)對(duì)計(jì)算得到的MTF精度的影響。我們會(huì)進(jìn)一步說明，一個(gè)準(zhǔn)確和快速的包含這些影響的計(jì)算需要在一個(gè)單一平臺(tái)上結(jié)合高度交互性的模擬技術(shù)。這也使用戶能夠無縫地控制復(fù)雜光學(xué)系統(tǒng)的精度和速度間的平衡。
新型納米復(fù)合材料實(shí)現(xiàn)光學(xué)器件的反復(fù)擦寫
光學(xué)波導(dǎo)器件是光學(xué)通訊的重要元器件，這類光波導(dǎo)器件通常采用傳統(tǒng)的半導(dǎo)體工藝制備，如光刻、電子束曝光、物理氣相沉積等，具有較高的制備成本及工藝難度；另一方面，傳統(tǒng)光學(xué)波導(dǎo)元件一旦制備成型，便無法擦除修正。隨著信息科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，人們對(duì)光學(xué)元器件的快速、低成本制備及可重復(fù)擦寫充滿了期待。
近來，美國(guó)德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校機(jī)械工程系的鄭躍兵教授及其帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)，研究開發(fā)了新的納米復(fù)合材料，首次實(shí)現(xiàn)了全光學(xué)技術(shù)制備、擦除光學(xué)波導(dǎo)器件，該技術(shù)可廣泛應(yīng)用于新一代光學(xué)芯片的設(shè)計(jì)與開發(fā)。
德州大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)研發(fā)的納米復(fù)合材料，將低成本的鋁納米顆粒陣列嵌入一層300 nm的有機(jī)薄膜（聚甲基丙烯酸甲酯，PMMA）中。在光激發(fā)的條件下，該復(fù)合材料可同時(shí)兼具貴金屬納米顆粒的表面等離子激元和光學(xué)波導(dǎo)的屬性，成為等離子激元—波導(dǎo)混合模。為了實(shí)現(xiàn)該混合模波導(dǎo)的可擦寫，研究者將一種光感變色的螺吡喃（spiropyran）分子摻入PMMA薄膜中。在紫外光的照射下，螺吡喃分子在綠光波段產(chǎn)生激子，并與混合模波導(dǎo)發(fā)生強(qiáng)耦合作用，隨后他們將波導(dǎo)工作頻率調(diào)制到其他波段，從而實(shí)現(xiàn)了光波導(dǎo)的擦除；反之，在綠光的照射下，螺吡喃分子呈現(xiàn)光學(xué)透明性質(zhì)，使混合波導(dǎo)有效工作，從而實(shí)現(xiàn)波導(dǎo)器件的寫入。
在該工作中，研究者在紫色光照射后的樣品中利用綠色激光掃描或投射改變復(fù)合波導(dǎo)的諧振頻率，將器件圖案直接寫入芯片上，再利用紫色光照射，實(shí)現(xiàn)波導(dǎo)器件的擦除。該技術(shù)充分利用了光學(xué)技術(shù)的高效和可控性，可實(shí)現(xiàn)不同復(fù)雜器件的重復(fù)性寫入和擦除。
該研究團(tuán)隊(duì)表示，要將這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用到半導(dǎo)體工業(yè)中，首先需要提高該復(fù)合材料的光學(xué)穩(wěn)定性，延長(zhǎng)其使用壽命。 此外，還需要調(diào)控嵌入納米顆粒陣列的光學(xué)屬性，使波導(dǎo)的諧振頻率與通訊頻率相匹配。
展開 化學(xué)所在有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)光電功能集成器件方面取得新進(jìn)展
為了驗(yàn)證這一思想，科研人員首先以課題組前期發(fā)展的氯代吲哚[3,2-b]咔唑分子（CHICZ）有機(jī)半導(dǎo)體分子為例，通過多金膜掩模方法，構(gòu)筑了基于CHICZ單晶的有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)波導(dǎo)器件，系統(tǒng)研究了在溝道電荷傳輸平行和垂直波導(dǎo)傳輸方向的電場(chǎng)對(duì)材料光波導(dǎo)性能的影響，證實(shí)柵極調(diào)控作用對(duì)晶體中光波導(dǎo)傳輸特性的有效調(diào)制，在平行和垂直方向獲得了分別高達(dá)70%和50%的調(diào)控幅度。同時(shí)，以入射激光作為場(chǎng)效應(yīng)晶體管的另一個(gè)調(diào)控變量，實(shí)現(xiàn)了光信號(hào)傳輸對(duì)于晶體管電荷傳輸性能的調(diào)控，調(diào)控開關(guān)比達(dá)14800。這一研究結(jié)果證實(shí)了微觀層面有機(jī)半導(dǎo)體材料中的光電相互調(diào)制行為，可進(jìn)一步拓展到更多其他有機(jī)高分子共軛材料體系，為有機(jī)光電子器件的有效集成提供了一種新思路。相關(guān)研究工作近期發(fā)表在Nat. Commun. 2018, 9, 4970, DOI: 10.1038/s41467-018-07269-9.
來源：化學(xué)所
展開 光通信設(shè)計(jì)軟件——OptiBPM 光波導(dǎo)設(shè)計(jì)軟件
OptiBPM 是一套用于設(shè)計(jì)復(fù)雜光波導(dǎo)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件，他功能強(qiáng)大、用戶友好，可仿真光器件中光信號(hào)的傳導(dǎo)、耦合、開關(guān)、分束、復(fù)用和解復(fù)用，讓您在計(jì)算機(jī)上創(chuàng)建各種光纖波導(dǎo)設(shè)計(jì)。
OptiBPM是基于光束傳播法(BPM)，對(duì)光通過任何波導(dǎo)介質(zhì)進(jìn)行仿真，無論是各向同性還是各向異性介質(zhì)。使用OptiBPM用戶可以在考察近場(chǎng)分布的同時(shí)驗(yàn)證發(fā)散場(chǎng)和波導(dǎo)場(chǎng)。
OptiBPM可以提高工程師的工作效率，減少設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)，并降低與波導(dǎo)器件設(shè)計(jì)相關(guān)的整體成本。
OptiBPM可以模擬二維（2D）和三維（3D）波導(dǎo)器件中的光傳播。
2D區(qū)域是：
· X方向（垂直）-橫向
· Z方向（水平）-傳播方向
3D區(qū)域是：
· X方向（垂直）-橫向
· Y方向-深度
· Z方向（水平）-傳播方向
注：模擬器件在橫向尺寸上具有階梯狀的有效折射率分布。
要從真實(shí)的3D器件獲取二維器件，要應(yīng)用有效折射率方法。從3D到2D的縮減包含用一維橫截面替換器件的二維橫截面。用一維有效折射率分布代替實(shí)際折射率截面。雖然有效折射率法是一種近似解，但它適用于許多器件。BPM 3D提供了階躍折射率波導(dǎo)設(shè)計(jì)所需的所有工具。在BPM 3D中，輸入建模數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)由折射率分布、起始傳播場(chǎng)和一組數(shù)值參數(shù)組成。折射率分布由項(xiàng)目布局中列出的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)提供。起始場(chǎng)可以是波導(dǎo)模式、高斯場(chǎng)、矩形場(chǎng)或用戶自定義場(chǎng)。起始場(chǎng)和其他模擬參數(shù)在Global Data對(duì)話框中指定，該對(duì)話框通過Simulation菜單訪問。
數(shù)值模擬
OptiBPM處理環(huán)境包含光束傳播方法（BPM）作為其核心元素，以及與BPM算法兼容的模式求解器。BPM基于控制介電質(zhì)中光傳播的方程的數(shù)值解。BPM考慮單色信號(hào)，并與求解亥姆霍茲方程有關(guān)。
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仿真APP在波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
二、仿真APP解決方案
本方案以微帶-共面波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器為例，介紹波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器件的分析過程和仿真APP制作方法，并基于仿真APP完成器件的尺寸設(shè)計(jì)。
1、仿真流程搭建
1）參數(shù)化建模。建立波導(dǎo)模型，將其關(guān)鍵設(shè)計(jì)尺寸參數(shù)化。
圖 4 波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器
2）材料參數(shù)設(shè)定。為金屬和介質(zhì)層定義電磁屬性。
圖 5 材料參數(shù)設(shè)定
3）網(wǎng)格劃分。采用四面體網(wǎng)格，波導(dǎo)連接處進(jìn)行網(wǎng)格加密。
圖 6 網(wǎng)格劃分
4）邊界條件和激勵(lì)端口添加?？諝庥蛟O(shè)為無限大空間，在微帶線和共面波導(dǎo)兩端添加端口激勵(lì)。
圖 7 邊界和端口激勵(lì)
5）輸出變量設(shè)置。通過場(chǎng)監(jiān)視器選項(xiàng)，添加想要分析的場(chǎng)量，本APP設(shè)置了電場(chǎng)強(qiáng)度為輸出變量。
圖 8 場(chǎng)監(jiān)視器定義
6）求解設(shè)置。設(shè)置掃頻模式、求解頻率范圍和求解步長(zhǎng)。
圖 9 求解設(shè)置
7）計(jì)算結(jié)果。分別查看S參數(shù)曲線和不同頻率下的電場(chǎng)云圖。
圖 10 -1 S參數(shù)曲線
圖 10-2 結(jié)果云圖
2、仿真APP封裝
基于Simdroid平臺(tái)提供的仿真APP開發(fā)環(huán)境，通過選擇和鼠標(biāo)拖拽的方式搭建器件分析APP界面，將波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器的分析過程進(jìn)行封裝，開發(fā)具有尺寸設(shè)計(jì)、分析求解、結(jié)果查看完整過程的一體化仿真APP，如下圖所示。
圖 11 仿真APP開發(fā)環(huán)境
3、基于仿真APP的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
下面基于波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器件分析APP，計(jì)算不同波導(dǎo)端口間的信號(hào)傳輸情況，并以此調(diào)整尺寸，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
對(duì)于上述微帶線和共面波導(dǎo)，電磁波的傳播模式并不一致，且特性阻抗分別為50Ω和70Ω，阻抗失配，無法有效傳輸信號(hào)，通過APP中的參數(shù)控制進(jìn)行迭代優(yōu)化可以解決該問題。通過參數(shù)優(yōu)化可以得到以下結(jié)果，從S參數(shù)計(jì)算結(jié)果可以看出，在求解的頻率范圍內(nèi)，波導(dǎo)端口間已實(shí)現(xiàn)高效的信號(hào)傳輸。
展開 AR&MR光波導(dǎo)器件的仿真研究
隨著增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和混合現(xiàn)實(shí)(AR&MR)領(lǐng)域新技術(shù)的出現(xiàn)，使光學(xué)光波導(dǎo)越來越受歡迎。為了對(duì)此類結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模和設(shè)計(jì)，VirtualLab Fusion使用其強(qiáng)大的光波導(dǎo)工具箱，該工具箱允許靈活定義整體結(jié)構(gòu)以及內(nèi)外耦合器的不同區(qū)域。再加上它的非順序模擬引擎，結(jié)合了所有關(guān)鍵的物理效應(yīng)，如偏振、孔徑衍射和相干性，為光學(xué)工程師提供了強(qiáng)大的工具，支持他們研究和設(shè)計(jì)用于AR和MR的光波導(dǎo)裝置。
使用光波導(dǎo)元件對(duì)“HoloLens 1”型進(jìn)行建模
本使用案例演示了一個(gè)簡(jiǎn)單的“HoloLens- 1”型布局設(shè)備的建模，該設(shè)備具有一個(gè)能夠以32°×18°視場(chǎng)引導(dǎo)光線的光波導(dǎo)組件。
光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)
使用光波導(dǎo)組件及其靈活的區(qū)域定義，可以在VirtualLab Fusion中設(shè)置帶有耦合光柵的光波導(dǎo)。
展開 VirtualLab：AR&MR光波導(dǎo)器件的仿真研究
隨著增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和混合現(xiàn)實(shí)(AR&MR)領(lǐng)域新技術(shù)的出現(xiàn)，使光學(xué)光波導(dǎo)越來越受歡迎。為了對(duì)此類結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模和設(shè)計(jì)，VirtualLab Fusion使用其強(qiáng)大的光波導(dǎo)工具箱，該工具箱允許靈活定義整體結(jié)構(gòu)以及內(nèi)外耦合器的不同區(qū)域。再加上它的非順序模擬引擎，結(jié)合了所有關(guān)鍵的物理效應(yīng)，如偏振、孔徑衍射和相干性，為光學(xué)工程師提供了強(qiáng)大的工具，支持他們研究和設(shè)計(jì)用于AR和MR的光波導(dǎo)裝置。
使用光波導(dǎo)元件對(duì)“HoloLens 1”型進(jìn)行建模
本使用案例演示了一個(gè)簡(jiǎn)單的“HoloLens- 1”型布局設(shè)備的建模，該設(shè)備具有一個(gè)能夠以32°×18°視場(chǎng)引導(dǎo)光線的光波導(dǎo)組件。
光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)
使用光波導(dǎo)組件及其靈活的區(qū)域定義，可以在VirtualLab Fusion中設(shè)置帶有耦合光柵的光波導(dǎo)。
展開 AR和MR光波導(dǎo)器件耦合光柵的優(yōu)化
連續(xù)調(diào)制光柵區(qū)域光波導(dǎo)的優(yōu)化
在下面的例子中，您可以看到這些工具中的一些發(fā)揮作用：
快速物理光學(xué)軟件VirtualLab Fusion通過其波導(dǎo)工具箱提供了一系列方便的工具，可在設(shè)計(jì)過程中幫助光學(xué)工程師。例如用于光柵結(jié)構(gòu)配置的用戶友好的工作流程，用于光柵分析的嚴(yán)格傅里葉模態(tài)算法(FMM)，以及參數(shù)優(yōu)化方法和一些針對(duì)光波導(dǎo)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。
本周，我們將繼續(xù)深入討論這個(gè)話題，看看光波導(dǎo)系統(tǒng)耦合光柵的優(yōu)化。由于它們的尺寸小和自由參數(shù)很多的特點(diǎn)，這些任務(wù)眾所周知地極具挑戰(zhàn)性。
在上周的通訊中，我們強(qiáng)調(diào)了分析基于光波導(dǎo)的增強(qiáng)和混合現(xiàn)實(shí)(AR & MR)設(shè)備的一些挑戰(zhàn)。
連續(xù)調(diào)制光柵區(qū)域光波導(dǎo)的優(yōu)化
我們演示了針對(duì)特定入射方向優(yōu)化矩形光柵的設(shè)計(jì)流程，以獲得特定衍射級(jí)次的最大效率。
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