光場圖的案例
基于Lumerical Mode的典型波導腔面本征模式的光場圖計算
結果輸出
當求解完成后，關閉光場圖結果頁。展開FDE模塊樹可以右擊已算出的模式數據包，
選擇想要輸出的結果，比如電場圖E、磁場圖H、能量場P以及遠場圖farfield等
**輸出格式可以是圖片或者記事本文檔，建議輸出后者以便加工作圖
總結，該方法已經被成熟運用于相關論文本征模式光場的作圖與分析：
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Lumerical系列| 一種高效多模耦合/（解）復用的新方案
圖5（b）和（c）給出了入射LP11b模和LP01模的光場圖。
圖5 模式旋轉器。（a）結構示意圖；（b）LP11b入射的光場圖；（c）LP01入射的光場圖
偏振不敏感\硅基模斑轉換器
為了實現石英光波導中的導模與硅光子波導中的TE0/TM0模之間的有效耦合，提出了一種雙能級多芯偏振不敏感SSC，如圖6所示。首先將條形硅光子波導演化為具有絕熱錐度的三芯波導，然后將三芯波導的三個芯逐漸分離，以實現與硅光波導中模式的最大空間重疊。特別地，在SSC的每個芯的端部處引入角度蝕刻的雙層錐形，這有效地削弱了垂直方向上的模式限制，大大提高了TE0和TM0模式的耦合效率。
圖6 SSC結構示意圖
總結與展望
該多模耦合方案為實現有效的模式耦合/解復用以連接FMF和硅光子芯片提供了一種有希望的選擇。為了在MDM系統中進一步采用，可以引入MIMO DSP方法以降低由于傳輸中的模間串擾而引起的負面影響。另外，該方案綜合了石英光波導對LP模式的控制以及硅光波導對偏振處理的優點，為雙偏振多模信道的光纖-芯片耦合提供了一種有效的解決方案。通過引入具有更多模式信道的PLC模式（解）復用器，可以按比例增加模式信道數量。因此，所提出的具有模式（解）復用/耦合的光子芯片為MDM系統所期望的芯片-FMF連接提供了有希望的選擇。預計它還將擴展到基于其他材料（如鈮酸鋰、氮化硅和硫屬化物）的光子芯片。
Ansys Lumerical軟件試用申請，歡迎聯系摩爾芯創。
仿真方法
采用三維有限差分光束傳輸法對MWS和PLC模式（解）復用器進行了數值模擬。在ANSYS Lumerical FDE求解器中計算MWS-FMF和SSC-PLC的重疊耦合損耗。利用三維時域有限差分法（3D-FDTD）計算了SSC與石英單模波導之間的總耦合損耗。
展開 【Lumerical系列】一種高效多模耦合/（解）復用的新方案
圖5（b）和（c）給出了入射LP<sub>11b</sub>模和LP<sub>01</sub>模的光場圖。</p><p><img src="https://img.jishulink.com/202604/imgs/bafdbb35011c47b49ee307accac4aa0b"></p><p class="ql-align-center">圖5 模式旋轉器。</p><p class="ql-align-center">（a）結構示意圖；（b）LP11b入射的光場圖；（c）LP01入射的光場圖</p><p><br></p><p><strong>偏振不敏感\硅基模斑轉換器</strong></p><p>為了實現石英光波導中的導模與硅光子波導中的TE0/TM0模之間的有效耦合，提出了一種雙能級多芯偏振不敏感SSC，如圖6所示。首先將條形硅光子波導演化為具有絕熱錐度的三芯波導，然后將三芯波導的三個芯逐漸分離，以實現與硅光波導中模式的最大空間重疊。特別地，在SSC的每個芯的端部處引入角度蝕刻的雙層錐形，這有效地削弱了垂直方向上的模式限制，大大提高了TE0和TM0模式的耦合效率。</p><p><img src="https://img.jishulink.com/202604/imgs/5cf05b640d6d4bafac182d3144074061"></p><p class="ql-align-center">圖6 SSC結構示意圖</p><p><br></p><p><strong>總結與展望</strong></p><p>該多模耦合方案為實現有效的模式耦合/解復用以連接FMF和硅光子芯片提供了一種有希望的選擇。為了在MDM系統中進一步采用，可以引入MIMO DSP方法以降低由于傳輸中的模間串擾而引起的負面影響。
展開 Lumerical案例實操|使用MODE模塊中的FDE和varFDTD進行微環的設計和初步仿真
首先是加入SIO2襯底層，其具體參數如圖2所示。SI芯層是MRR結構，我們選擇直接在物件庫中添加，具體參數如圖3所示。
圖2 SIO2襯底層參數
圖3 MRR具體參數
第二步：在進行參數確定時，某些參數我們可以通過計算提前得出。比如MRR的自由光譜范圍（FSR）可表示為下式：
其中λ表示波長， 表示群折射率，因此，要想設計特定FSR的MRR，除了需要特定的環形諧振腔長度L，還需要知道波導的群折射率。因此，我們將FDE求解器添加到輸入波導附近，如圖4（a）所示，通過計算可得波導的群折射率如圖4（b）所示，結果顯示在1550nm處波導的群折射率約為4.63。FDE求解器的具體參數設置如圖5所示。本次案例所設計FSR在1550nm處為25.6nm，通過計算可得所需的環形諧振腔長度L約為20.2μm 。
圖4 （a）結構示意圖；（b）群折射率
圖5 FDE求解器參數設置
除此之外，我們還知道MRR的耦合長度可以由對稱和反對稱耦合模式的有效折射率之差確定，可由下式表示：
因此，我們將FDE求解器放置在耦合區域處，如圖6（a）所示。通過計算可得對稱和反對稱耦合模式的光場圖如圖6（b）和圖6（c）所示，當波導間隙為100nm時，波長在1550nm處的有效折射率差為0.109，于是計算可得耦合長度應該為1427nm。但是實際耦合過程中，彎曲波導部分也會發生部分耦合，因此，耦合長度設置為0就能滿足耦合需求了，結合耦合長度就能計算出MRR的半徑約為3.1μm。
圖6 （a）結構示意圖；（b）對稱模光場圖；（c）非對稱模光場圖
第三步：確定好相關參數后，就可以加入varFDTD求解器，其具體參數如圖7所示。
展開 
基于Lumerical fdtd的異型納米空心球散射光場仿真
圖5 散射光場繪制腳本以及提取的散射場
接著，提取掃描所有球體的仿真結果，形成散射效率曲線。
圖6 散射曲線繪制腳本以及最終繪制的散射曲線
總結
本設計基于FDTD腳本完成了微型球體聚合的空心球殼nanojet的全流程建模，散射光場效果與預期貼近，且散射效率曲線表明不同球殼半徑在不同波長下存在固定差異，實現了較為完善的模擬研究。
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基于Rsoft軟件進行長周期光纖光柵模擬
圖1 LPFG幾何模型
在研究分析光譜特性過程中，相位匹配曲線即諧振波長與光柵周期的關系曲線是不可或缺的環節，本文所建立的LPFG模型均是在Rsoft平臺上操作的，如圖1所示。
上圖中可以詳細全面地觀察到光柵的XYZ各方向的形態。軟件在各參數設置好后如圖2所示其中光纖光柵參數具體設置為：折變量為0.0005，柵區長度為20000，纖芯折射率為1.4681，包層折射率1.4628，纖芯半徑4.15，包層半徑為62.5，環境折射率為1，柵格調制區長度/光柵長度（占空比）為0.5。
圖3中標注的各模式階次,是在Rsoft中Edit Symbols里將free space wavelength改為要查看的模式階次諧振波長，然后在Perform Simulation只仿真該諧振波長，可以查看到對應的階次的模式圖。
圖2 仿真模型設置參數
圖3 模擬光譜圖及模式階次
經之前講述的掃描過程仿真出來的是透射譜曲線，如圖3所示，其中縱坐標表示損耗功率（使用Rsoft將各光纖光柵周期仿出來的透射譜數據在數據處理軟件上處理后，可以得到各周期透射譜曲線圖，不同諧振波長所對應的模式也已標注上）如果要觀察到某一位置處的光場分布如圖4所示，具體要將最后的展示output設置為XY視角,同時在field output format和far field output設置為Amp、Phase 和 intensivity。
圖4 模式光場分布圖
在光纖光柵中，纖芯中的光傳播時，能量會向包層發生泄露，如圖5所示。這是通過simulation（紅綠燈），配置光源后運行得到的。
展開 技術鄰周報 第5期：Abaqus/MATLAB/Ansys/Comsol/LS-DYNA...
5、基于Lumerical Mode的典型波導腔面本征模式的光場圖計算
作者：
320科技工作室
鏈接：
https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1802785
在波導中往往要從本征模式分析確定波導腔內內能夠傳輸的模式。本教程以常規波導為例，用Lumerical Mode Solution模塊計算尋解特定中心波長下的本征模式。
6、Abaqus飽和粘土的三軸試驗
作者：
abaquser
鏈接：
https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1802778
此示例是 Abaqus 中提供的修改后的 Cam-clay 塑性模型的簡單演示。Cam-clay 理論為飽和粘土的實驗觀察行為提供了合理的匹配，屬于 Roscoe 和他的同事開發的臨界狀態塑性模型系列（參見 Roscoe 和 Burland-1968 以及 Schofield 和 Wroth-1968）。
7、【iSolver案例分享】電連接器端子變形分析
作者：
餅干樹
鏈接：
https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1802796
在iSolver的靜力分析中，載荷隨時間增量步變化，但在求解過程中不考慮時間、慣性等因素，得到結構的位移－時間、應力－時間等數據與物理時間無關，而此處的時間可以認為是一個中間量，通過這個中間量控制載荷增加，每一個載荷狀態都會得到結構相應的位移、應力等。
8、還在為寫分析報告時圖片不夠清晰而發愁？實用小技巧-ANSYS如何輸出高清圖片？
展開 基于Lumerical構建布拉格光柵濾波器
**著重關注上圖FDTD計算邊界的定義，由于驗證傳播方向兩側對稱，可以設置Y軸方向對稱邊界條件，節省仿真時間。將方框中√去掉。將PML設置類型下拉框選擇為第一類型。
三、添加模式光源
重點關注紅色框中的光源設置。根據結構和光源傳播方向設置注入模式光源的方向和模式類別。這里以基礎TE模式為例。注意右側可以提前描繪模式光的場圖，確認場信息。
四、添加透射率反射率監控板和時間監控點。
注意時間監控點分布在光柵首末位置，分別監控流入流出的場強。
五、添加Q因子解析組
利用腳本語言編輯各監控板和監控點監測到的數據根據物理模型計算濾波器的帶寬，震蕩周期，反射譜線，透射譜線等。
六、結果可視化輸出
光源波包
各共振模式震蕩周期圖
濾波器帶寬
反射譜
總結：以上闡述了基于Lumerical軟件FDTD模塊計算典型布拉格光柵濾波器的創建和仿真。利用Q因子腳本語言處理各監控板和監控點仿真得到的場數據，可以實現測量該濾波器的帶寬大小，和透射反射譜線等。該方法為光柵濾波器和光纖濾波器研究工作者提供了便捷的途徑。
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展開 COMSOL SMS結構模擬簡要步驟
做光纖傳感方向的朋友們在日常的工作與學習中都想對你自己的結構進行一個仿真與模擬，以用于驗證自己的思路與想法，又或者是在平時的文章中加入模擬以豐富自己的工作使得文章顯得更加飽滿，但又苦于在光纖傳感方向的comsol案例、資料比較少，今天小來講解一下單模—多模—單模的模擬過程：
首先，第一步就是選擇物理場，對于光纖模擬，我們需要選擇電磁波波束包絡法，以減少計算量。邊界模式分析，進入到軟件的建模界面，這一步相信大家都會，我就不一一介紹了。如圖1所示，是我的建模過程，這里需要注意一點的是在兩種界面處，需要加輔助線，以方便后期的網格劃分。
圖1：幾何物理模型
其次是對各個模塊進行材料的賦值。這里需要用到色散函數，您可以在網上查找或者在折率網站中進行查找。
再次就是對物理場進行設置。如圖2所示，這是我們用到的物理場設置。
圖2：物理場設置
利用端口進行設置，有利于后期我們對透射率和反射率的計算，通常也就是我們所說的光譜。端口的類型我們一般選擇數值類型，并且入射端口我們選擇為開放，端口2為閉合。邊界類型需要在兩端設置完美匹配層和散射邊界，用來吸收反射或者散射波。
接下來就是網格的剖分，對于這種規整的幾何構型，我們一般選擇四邊形網格，如圖3所示，我們對每一邊界進行網格的劃分。
圖3：網格的劃分
最后一步就是對研究進行設置，一般用到邊界模式，如4圖就是對研究進行設置。
圖4：研究設置
為了后期得到掃描的透射譜，我們可以根據自己的需要對波長進行參數化掃描。下面是我的一個模擬成果。
圖5：光場分布圖
從上圖可以看出多模光纖的自成像效應，說明這個模擬結果是正確的。
展開 光通信設計軟件——OptiFiber 光纖設計軟件
對于一個光通信系統，它的最佳狀態的設計直接取決于對光纖參數的選擇。光纖的橫截面尺寸, 材料成分和折射率分布都會影響到光通信里極其重要的線性和非線性現象。OptiFiber 使用數值模式求解程序和其它專門用于光纖的解析法來計算光纖通訊時的色散、損耗、雙折射現象和偏振模色散。
OptiFiber 是一種功能強大的工具，它將光纖模式的數值模式求解器與群延遲，群速度色散，有效模面積，損耗，偏振模色散，有效非線性等計算模型相結合.OptiFiber 最強大的功能之一是它能夠預測如何優化給定的光纖，而不是設計目標，例如很小但非零色散和最大模面積。此外，OptiFiber 可以通過導入和分析實際光纖樣品的折射率分布來補充和擴展真實實驗室設備（如EXFO的NR-9200 Optical Fiber Analyzer）的光纖表征能力。OptiFiber 是設計光纖，光纖元件和光通信系統的工程師，科學家和學生不可或缺的工具。
特點和功能
· 評估參數、敏感度和容差
· 利用有限差分法或傳遞矩陣法來求解光纖的LP模或者矢量模
· 可以導入如EXFO NR-9200等儀器測量的光纖剖面的折射率分布進行解析
· 單模光纖設計，如康寧SMF-28的，色散平坦光纖設計，色散位移光纖設計等
· 多模光纖的設計，如50/125 m 和 62.5/125 m 石英光纖等
· 傳播過程中多模干涉的光場分布圖的觀察
· 自動參數掃描
· 光纖傳感設計
· 內外擾動導致的雙折射和PMD的計算
通過以下任一方法設計具有任意二維折射率分布的多層光纖：
1. 使用內置函數庫或使用用戶指定的公式在內部定義配置文件
2.
展開 FRED應用：激光空間濾波器的模擬
繪制光場之后，用戶需要右鍵點擊并選擇相干場操作/應用剪裁到場（Coherent Field Operations / Apply Clipping to Field），選擇已經創建好的剪裁曲線。光場現在已經得到了正確的剪裁（圖3）。
圖2.He-Ne激光束的空間濾波器
圖3.用空間濾波孔徑剪裁光場的結果
最后，剪裁區域內將會產生一組新的復合光線。使用Gabor分解可以實現它。在剪裁光場的圖中，用戶需要右鍵點擊并選擇相干場操作/合成場（Coherent Field Operations / Synthesize Field.）。相干場合成參數如圖4所示。
最后一步是選擇“追跡現有的（Trace Existing）”來模擬通過空間濾波器的光線傳播。圖5顯示了通過具備光場合成的準直透鏡后的輻照度分布，與忽略了空間濾波器剪裁的分布作比較。顯然，光場合成精確的模擬了減小的光束直徑和預期的衍射特性。
圖4.相干場的合成參數。Gabor分解是一種定向合成，它要求最大的子束半孔徑。最大的光線位移設置為1以保證光束重疊。最大光線角由下一個元件的直徑決定。在這個例子中，準直透鏡最大角至少要達到8°。
圖5 經過準直透鏡的輻照度分布。左：光場已經使用空間濾波器正確的重新合成。右：沒有光場合成，所有復合光線暢通無阻地通過空間濾波器，同時忽略了剪裁。
FRED具有使用高斯子束模擬相干光傳輸的能力。該方法適用于光線在自由空間傳播，剪裁光束的光學元件應該小心處理。正如空間濾波器，非常小的孔徑需要光場的重新合成以精確的模擬光束的剪裁。使用一個簡單的例子，Gabor分解已經證實可以準確的模擬激光系統中空間濾波器的影響。Gabor分解的其他應用包括：具備混合模式的空間濾波器的使用、單色儀縫隙孔徑和楊氏縫隙/小孔干涉儀。
展開 
[VirtualLab] 產生長焦深Bessel光束的HOE設計
因此，如何突破高斯光束的焦深-分辨率制約關系，實現長焦深且高分辨率的光場調控，成為光學領域的重要研究方向。
建模任務
在這個案例中為大家介紹基于HOE的貝塞爾光束產生。如圖1所示為基于HOE的貝塞爾光束產生的裝置。在這個案例中光源為單模光纖輸出的高斯光源，波長1064nm，束寬為3.3μm. 通過疊加準直透鏡透過率函數和軸錐鏡透過率函數生成HOE的結構，利用探測器探查后方光場的分布。
圖1. HOE產生具有長焦深的貝塞爾光束
建模過程
光路編輯器如圖2所示，HOE放置在光源后方1.5mm位置，在HOE后700μm處放置了一個探測平面。探測器602、601和600分布探測HOE前表面、后表面和HOE后700μm的光場分布。
圖2. 光路編輯器
HOE的相位結構如圖3所示，在HOE元件的編輯對話框中通過可編程透過率函數編程了透鏡相位和軸錐鏡相位響應。對應的相位結構可以在圖3右側看到。這里設置透鏡焦距為1.5mm，軸錐鏡的角度為7°。VirtualLab Fusion支持導出各種格式的加工文件，如ASCII, Plain Text, bmp, CIF, GDSII等。
圖3. HOE的相位結構（聚焦透鏡相位+軸錐鏡相位）以及加工文件預覽與導出
為了探查長焦深Bessel光束的縱向分布，需要用到Parameter Run的功能，原理是改變探測器的位置，然后保存中心的數據，將這些數據組成一個二維的數組。所以這里需要將探測器的采樣定義為N×1的格式，在這個N為512。如何去更改探測器的采樣呢？感興趣的小伙伴可以關注黌論網校的案例視頻。
圖4.
展開 激光空間濾波器的模擬
繪制光場之后，用戶需要右鍵點擊并選擇相干場操作/應用剪裁到場（Coherent Field Operations / Apply Clipping to Field），選擇已經創建好的剪裁曲線。光場現在已經得到了正確的剪裁（圖3）。
圖2.He-Ne激光束的空間濾波器
圖3.用空間濾波孔徑剪裁光場的結果
最后，剪裁區域內將會產生一組新的復合光線。使用Gabor分解可以實現它。在剪裁光場的圖中，用戶需要右鍵點擊并選擇相干場操作/合成場（Coherent Field Operations / Synthesize Field.）。相干場合成參數如圖4所示。
最后一步是選擇“追跡現有的（Trace Existing）”來模擬通過空間濾波器的光線傳播。圖5顯示了通過具備光場合成的準直透鏡后的輻照度分布，與忽略了空間濾波器剪裁的分布作比較。顯然，光場合成精確的模擬了減小的光束直徑和預期的衍射特性。
圖4.相干場的合成參數。Gabor分解是一種定向合成，它要求最大的子束半孔徑。最大的光線位移設置為1以保證光束重疊。最大光線角由下一個元件的直徑決定。在這個例子中，準直透鏡最大角至少要達到8°。
圖5 經過準直透鏡的輻照度分布。左：光場已經使用空間濾波器正確的重新合成。右：沒有光場合成，所有復合光線暢通無阻地通過空間濾波器，同時忽略了剪裁。
FRED具有使用高斯子束模擬相干光傳輸的能力。該方法適用于光線在自由空間傳播，剪裁光束的光學元件應該小心處理。正如空間濾波器，非常小的孔徑需要光場的重新合成以精確的模擬光束的剪裁。使用一個簡單的例子，Gabor分解已經證實可以準確的模擬激光系統中空間濾波器的影響。
展開 南京大學劉輝組用光學芯片模擬宇宙量子相變與時空"破洞"
對于負質量密度的宇宙弦μ<0，偏轉角度為Δ<0, 光線將被宇宙弦排斥(圖一(c)); 對于正質量密度的宇宙弦μ>0，偏轉角度為Δ>0, 光線將被宇宙弦吸引(圖一(d))。實驗中，研究組通過調節結構參數，制備得到了對應負質量和正質量宇宙弦的光學芯片(圖二(a)(e))，并通過顯微熒光探針技術直接觀察到了光束經過拓撲缺陷產生的偏折，實驗測量的偏折角度具有時空拓撲保護的魯棒特性，與入射光束的位置、方向等因素都無關(圖二(b-d),(f-h))。
圖二 二維彎曲超材料模擬負質量宇宙弦(a)和正質量宇宙弦(e); 負質量宇宙弦排斥光束的實驗結果(b-d); 正質量宇宙弦吸引光束的實驗結果(f-h).
普通的光學介質在對光場進行操控的時候，總會改變光場的部分性質，讓光場攜帶的信息丟失，例如最簡單的光學反射會翻轉光場的左右分布(圖三(a)), 而普通天體引力透鏡會導致光場的形變和發散(圖三(b)),而宇宙弦拓撲時空中光場的傳遞是具有很好的魯棒性，光場的分布被整體地保護起來，光信息的傳遞基本沒有損失(圖三(c))。為了進一步證明這種拓撲時空對光信息的無損傳遞特性，研究組將各種復雜光場耦入光學芯片中，例如多光束光場(圖三(d))和Airy光束(圖三(e))，實驗結果顯示光場在拓撲時空中傳輸，光場被很好地保護起來而沒有被破壞。
圖三(a)普通光學反射; (b)普通天體的引力透鏡效應; (c) 拓撲時空中光場的傳輸; (d) 光學芯片中多光束傳輸實驗; (e) 光學芯片中Airy光束傳輸實驗; (f)宇宙真空場的自發對稱性破缺; (g)調節材料損耗模擬拓撲相變; 相變過程中超材料光學模式的改變(h)與對稱性破缺(i)。
根據當代量子宇宙模型，時空缺陷是在宇宙量子相變過程中，真空場自發對稱性破缺所導致的結果(圖三(f))。
展開 【Lumerical系列】Lumerical關于CMOS圖像傳感器的角度響應（2D）仿真
下圖顯示了仿真的實驗設置。激光束以一定角度照亮圖像傳感器。我們測量耗盡區域吸收的功率分數與入射角的函數關系。每個角度都需要進行兩次仿真（TE 和 TM），以獲得偏振光和非偏振光的效率。
圖1 實驗裝置示意圖
仿真設置
CMOS_angle2D.fsp的屏幕截圖如下所示。從上到下，主要 Components是微透鏡陣列、紅/綠濾光片、金屬布線和過孔、抗反射 （AR） 涂層和硅襯底。每個像素的寬度為2mm，使模擬區域為4mm寬。仿真區域在X方向上設置了Bloch邊界條件，在Y方向上設置了PML吸收邊界條件。平面波源從結構的頂部入射。光源波長為550nm（綠色）。我們預計通過綠色像素的透射率高，通過紅色像素的透射率低。
圖2 CMOS image sensor結構示意圖
參數化結構
"image sensor" 對象是一個參數化的結構組，每次更改其中一個參數時，它都會重建整個圖像傳感器。使用腳本以這種方式對復雜結構進行參數化對于reproducibility至關重要，并且使之后的參數掃描和優化易于在 GUI 中設置。
運行和結果
可以快速運行仿真，以確認結構繪制正確，并且可以獲得電場分布。下圖顯示了電場強度 ，來自于名為 full_fields的監視器，以及折射率分布，來自于名為index的監視器。請注意， index圖上的 colorbar已重新縮放為介于 1.2 和 2 之間。這樣可以更好地觀察濾色片和微透鏡。默認的colorbar設置覆蓋的范圍非常大，因為用于金屬的 PEC 材料的折射率約為 700。
圖3 光場分布圖
圖4 折射率分布圖
角響應
參數掃描對象 "sweep angle" 可用于執行參數掃描。
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