光學器件的案例
3d光學輪廓儀應用于測量超光滑透明微光學器件
微光學器件是光學器件的重要分支，為光學通信、光傳感、光計算等領域的發展提供重要支撐。微光學器件具有尺寸小、功耗低、低成本等優勢，可以于電子器件集成，實現更高效的數據傳輸和信號處理。未來，隨著微納加工技術的進一步發展，微光學器件的功能將繼續擴展，應用范圍將進一步拓寬。同時，微光學器件也面臨著制備工藝、材料性能、器件可靠性等方面的挑戰，需要進一步的研究和改進。
微光學器件是指尺寸在微米到毫米級別的光學元件，其尺寸比傳統光學器件小很多。微光學器件利用了微納加工技術，將光學器件的功能集成到微米尺寸的芯片中，具有小型化、集成化、高效率、低成本等特點。微光學器件同時具備納米尺度的輪廓起伏變化和超光滑且透明的特點，該特點導致的測量需求，3d光學輪廓儀(白光干涉儀)能滿足。
3d光學輪廓儀通過利用白光的干涉和衍射現象，能夠對微小的表面高度差異進行精確測量，并得出精準的尺寸和形態數據。
對于超光滑透明微光學器件的測量來說，3d光學輪廓儀不僅具備高精度和高分辨率的特點，還能夠快速、無損地獲得物體的三維形貌信息，所以白光干涉儀有以下幾個重要的特點和優勢：
1、高精度：3d光學輪廓儀能夠實現納米級別的測量精度，可以準確檢測器件表面的微小高度差異。這對于一些要求非常高的器件尺寸和形貌測量非常重要。
2、高分辨率：3d光學輪廓儀具有很高的空間分辨率，可以捕捉到微小的表面變化。它可以清晰地顯示出微光學器件表面的各種細微紋理和形貌特征，為后續的分析和優化提供了有力的支持。
3、快速非接觸：與傳統的測量方法相比，3d光學輪廓儀無需直接接觸被測對象，避免了對器件的破壞和變形。同時，它的測量速度很快，可以在短時間內完成大量數據的采集和分析。
展開 在光源與光學器件研發中的應用——OAS光學分析軟件
5.雜散光分析：提高光學品質
雜散光是光源與光學器件研發中必須重點關注的問題之一。OAS 光學分析軟件提供了強大的雜散光分析工具，能夠幫助研發人員快速識別并優化光學系統中的雜散光問題。通過區域分析、光線路徑分析等工具，研發人員可以清晰地看到雜散光的來源和傳播路徑，從而采取有效的措施加以抑制或消除。
6.多場景適應：增強穩定性
OAS 光學分析軟件支持多種光源和觀察條件的設置，使得研發人員可以在不同場景下對光源與光學器件進行仿真分析。這有助于評估產品在不同應用環境中的適應性和穩定性，這種廣泛的適用性為產品的設計優化提供了豐富的數據支持和決策依據，為產品的設計與優化提供有力支撐。
7.定制擴展：滿足特殊需求
OAS 光學分析軟件還支持用戶自定義擴展功能，允許研發人員根據自己的需求開發特定的工具和算法。這種靈活性使得OAS能夠滿足各種復雜和特殊的光學設計需求，為光源與光學器件的研發提供了更多的可能性。
OAS 光學分析軟件在光源與光學器件研發中的應用極為廣泛且深入。其強大的功能體系，包括高精度建模、光線追跡、優化工具、集成設計、雜散光分析、多條件支持以及用戶自定義擴展等，為設計師提供了一站式的解決方案，使其能夠從容應對各種復雜的光學設計難題，創造出更加卓越、高效的光學產品。
展開 從折剪紙藝術到納米尺度光學器件，MIT聯手中國科學家集成3D光學器件
這些納米尺度光學器件可以用來構建更復雜的光學通訊、傳感、計算和生物醫藥技術芯片。
例如，葡萄糖分子有左旋和右旋 2 種類型，具有不同的光特性。因此，可以利用這種特性，用納米光學極化傳感器構建更小，更高效的葡萄糖分子感測器。
此外，通過光學極化技術，可以讓光纖通信實現極化復用，提高光纖容量，而利用納米光學器件可以構造出更高效的光纖通信系統。
新型納米復合材料實現光學器件的反復擦寫
光學波導器件是光學通訊的重要元器件，這類光波導器件通常采用傳統的半導體工藝制備，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，傳統光學波導元件一旦制備成型，便無法擦除修正。隨著信息科學技術的迅猛發展，人們對光學元器件的快速、低成本制備及可重復擦寫充滿了期待。
近來，美國德克薩斯大學奧斯汀分校機械工程系的鄭躍兵教授及其帶領的研究團隊，研究開發了新的納米復合材料，首次實現了全光學技術制備、擦除光學波導器件，該技術可廣泛應用于新一代光學芯片的設計與開發。
德州大學研究團隊研發的納米復合材料，將低成本的鋁納米顆粒陣列嵌入一層300 nm的有機薄膜（聚甲基丙烯酸甲酯，PMMA）中。在光激發的條件下，該復合材料可同時兼具貴金屬納米顆粒的表面等離子激元和光學波導的屬性，成為等離子激元—波導混合模。為了實現該混合模波導的可擦寫，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生激子，并與混合模波導發生強耦合作用，隨后他們將波導工作頻率調制到其他波段，從而實現了光波導的擦除；反之，在綠光的照射下，螺吡喃分子呈現光學透明性質，使混合波導有效工作，從而實現波導器件的寫入。
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合波導的諧振頻率，將器件圖案直接寫入芯片上，再利用紫色光照射，實現波導器件的擦除。該技術充分利用了光學技術的高效和可控性，可實現不同復雜器件的重復性寫入和擦除。
該研究團隊表示，要將這項技術應用到半導體工業中，首先需要提高該復合材料的光學穩定性，延長其使用壽命。 此外，還需要調控嵌入納米顆粒陣列的光學屬性，使波導的諧振頻率與通訊頻率相匹配。
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光學人的輔助工具｜成本低且效益高！適合光學器件生產檢測檢驗的產品
Lenscheck光學測試系統（傳函儀）
LenscheckVIS/LWIR是一個成本低效益高的產品，適合您的光學器件生產和產品原型檢測檢驗的需求。作為光學成像測試領域的領導者，Optikos推出這款精簡、高效、易用的產品用于產品質量檢測。Lenscheck包含了擁有專利的VideoMTF圖像分析軟件，以及實時的調制傳遞函數測試和分析。使用這種測試系統可以讓光學儀器廠家迅速、可靠的測試產品，降低產品及組件不合格的風險。
測量
● 軸上/離軸 調制傳遞函數MTF
● 離焦調制傳遞函數
● 有效焦距
● 后焦距
● 像散
● 場曲
● 位置色差，倍率色差
● 畸變
● 主光線角度
● 環繞能
● 透射率
● 相對照度
● 散射光
● 視線
特性
● 擁有專利的VideoMTF技術，可實時測量MTF
● 平臺靈活度高，可測試一系列不同參數
● 業內領先的精確度和可重復性
● 可具體配置的全自動測量程序
● 輕松切換各種波段（可見光/近紅外，短波紅外，長波紅外）
● 高分辨率的USB電機控制平移臺
● 集成的玻璃鱗片編碼器
● 50mm通光孔徑的折/反射式準直儀
● 集成的八個靶位的靶標輪和濾光片輪
● 自動定心的光學鏡頭支架
● 12bit實時視頻
展開 面向大口徑超薄平面光學器件及應用：PB相位液晶光子技術
與傳統折射/反射光學元件不同，這種元件的設計理念通過光學幾何相位或PB相位（Pancharatnam–Berry phase）來實現，即液晶分子的二維空間有序排布（圖2）。液晶材料是一種具有單軸光學各向異性的材料，具有相對較高的雙折射率（Δn≈0.2），通過高分辨圖案化液晶配向技術（例如光配向）控制液晶分子的取向，可實現復雜相位波前，在數個微米厚度內高效操控光場，實現各種光學功能，不涉及顯影、蝕刻等結構轉移步驟，被譽為第四代光學技術。
圖1 （a）傳統光學元件，（b）液晶聚合物平面透鏡
圖2基于PB相位液晶元器件中液晶分子的指向矢分布。(a)透鏡，(b)光柵，(c)液晶分子從0到2π變化，對應相位在0到4π之間變化，在2π位置由于液晶分子自組裝作用，不存在相位突變。
圖3 基于液晶聚合物的平面光學元件制備流程
基于幾何相位的液晶超表面器件，利用液晶分子在平面內0-180°指向變化，來控制光學波前0-2π相位變化，從而實現復雜光學相位器件（圖2）。該新型光學元器件的制備流程由圖3中給出，主要包括旋涂偏振光敏薄膜、圖案化偏振曝光、灌注液晶（LC）或者涂敷液晶聚合物（LCP）材料，即可完成主動可控的液晶光子器件或者耐用薄膜液晶聚合物光子器件，其中器件效率通過半波延遲量來控制。幾何相位液晶平面光學有以下特點：
輕薄、易集成：液晶或者液晶聚合物材料具有相對較高的雙折射率(約0.15)，僅需<2 um的厚度即可滿足可見光至近紅外器件的半波延遲需求。液晶聚合物薄膜可通過層壓、膠粘等工藝與多種光學元件進行對準集成。
分子指向電場可控，便于面向主動光學器件應用。
展開 硅基OLED｜Kopin發布純塑料非球面VR透鏡、2.6Kx2.6k OLED微顯示屏
CINNO Research產業資訊，Kopin公司近日宣布開發出一種新型全塑料Pancake?光學器件。這種器件可用于其新一代1.3英寸2.6K x 2.6K 高分辨率型微型有機發光二極管顯示器(Micro-OLED)。該器件的注冊商標為Lightning?，在虛擬現實(VR)等應用中具有出色的性能。
根據Kopin官網顯示，這種新型Pancake光學器件（Kopin命名為P80）可支持VR頭戴式顯示器實現緊湊、輕便、時尚的結構設計。用戶可以長時間佩戴基于此器件設計的VR智能眼鏡而無需作任何調整，即使他需要戴其他一些眼鏡（如近視眼鏡等）也不會覺得不舒服。據介紹，該P80 Pancake光學器件可為用戶呈現超高分辨率的清晰圖像，另外其可供觀看的視場(FOV)也有77°。另外，這種微型顯示器還具有非常長(23毫米)的Eye Relief和非常大（12毫米直徑）的Eyebox。實際上，在這之前Kopin還曾推出過世界上第一款具有95°視場的Pancake光學器件，不過那個產品的Eye Relief和Eyebox比這款P80小很多。
與其他類型的光學器件設計相比，Pancake光學器件可以在更薄的外形尺寸設計前提下，提供更出色的圖像質量，這一設計對一些視場范圍從50°到100°的VR頭戴式顯示設備尤其適合。另外，以前的Pancake光學器件需要至少一個球面玻璃透鏡，它可以用來消除塑料材料自帶雙折射屬性引起的圖像偽影問題。不過，這種設計又會伴隨而來另一個問題，那就是與非球面塑料透鏡相比，這種球面玻璃透鏡會極大增加整個光學透鏡系統的重量和成本，另外它還會降低整個產品光學設計的靈活性。目前，Kopin公司正在申請一項和二元Pancake光學設計相關的專利。
展開 使用多物理場仿真研究激光與材料的相互作用
今天這篇文章，讓我們看看來自美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室（LLNL）的一個研究團隊如何借助多物理場仿真研究激光與材料的相互作用，來避免高功率激光系統內部光學器件的損壞。
對內部光學器件的激光誘導破壞(LID)
LLNL研究人員的工作是理解激光與材料的復雜相互作用。LLNL 負責掌管國家點火裝置（NIF），這個裝置具有世界上最大和最有能量的激光,可以將光能放大到天文數字的倍數，因此被天體物理學家用來深入探討宇宙和核聚變。
但是，這種激光的工作條件非常苛刻，會對聚焦、反射和引導激光束的內部（或固有）光學器件造成損壞。反復使用激光會對這些光學器件造成損壞，留下一些微小的凹痕和碎片，如下圖所示。這種損壞，如果不加以修復，可能會改變激光器的光學特性，從而改變激光器的功能，特別是會導致不必要的光調制和散射。同時，這些光學器件很昂貴，反復更換它們對項目來說是不經濟的。
因反復暴露在高峰值功率的激光脈沖中而損壞的光學器件的示例。左邊顯示的為損壞的光學表面，右邊顯示了相應的修復部位。
小型激光器可以解決內部光學器件的激光誘導損傷的潛在問題。LLNL 材料科學部的一個研究團隊在 Manyalibo Matthews 的帶領下，專注于研究修復這些光學器件的創新技術。在仿真的幫助下，他們正在探索紅外脈沖微整形、熱退火和激光化學氣相沉積（L-CVD）等方法。
多物理場仿真提供了一種解決方案
仿真研究的第一步是了解熔融石英在不同溫度下暴露在激光束下的行為。研究團隊利用 COMSOL Multiphysics 的內置功能，同時模擬了多種物理現象，包括流體流動、傳熱、質量傳遞、結構力學和化學反應等。
研究團隊首先模擬了熔融石英玻璃在 1300K（即玻璃的轉化溫度）以下的熱力學反應，然后對更高溫度下的結構松弛和黏性流動進行模擬。
展開 硅基OLED｜Kopin發布純塑料非球面VR透鏡、2.6Kx2.6k OLED微顯示屏
CINNO Research產業資訊，Kopin公司近日宣布開發出一種新型全塑料Pancake?光學器件。這種器件可用于其新一代1.3英寸2.6K x 2.6K 高分辨率型微型有機發光二極管顯示器(Micro-OLED)。該器件的注冊商標為Lightning?，在虛擬現實(VR)等應用中具有出色的性能。
根據Kopin官網顯示，這種新型Pancake光學器件（Kopin命名為P80）可支持VR頭戴式顯示器實現緊湊、輕便、時尚的結構設計。用戶可以長時間佩戴基于此器件設計的VR智能眼鏡而無需作任何調整，即使他需要戴其他一些眼鏡（如近視眼鏡等）也不會覺得不舒服。據介紹，該P80 Pancake光學器件可為用戶呈現超高分辨率的清晰圖像，另外其可供觀看的視場(FOV)也有77°。另外，這種微型顯示器還具有非常長(23毫米)的Eye Relief和非常大（12毫米直徑）的Eyebox。實際上，在這之前Kopin還曾推出過世界上第一款具有95°視場的Pancake光學器件，不過那個產品的Eye Relief和Eyebox比這款P80小很多。
與其他類型的光學器件設計相比，Pancake光學器件可以在更薄的外形尺寸設計前提下，提供更出色的圖像質量，這一設計對一些視場范圍從50°到100°的VR頭戴式顯示設備尤其適合。
展開 Ansys Zemax | 使用衍射光學器件模擬增強現實 （AR） 系統的出瞳擴展器 （EPE）：第 1 部分
下一篇預告：Ansys Zemax | 使用衍射光學器件模擬增強現實（AR）系統的出瞳擴展器 （EPE）：第 2 部分
什么是集成光學？
集成光學的概念是1969年美國貝爾實驗室的Miller博士提出的。集成光學是在光電子學和微電子學基礎上，采用集成方法研究和發展光學器件和混合光學電子學器件系統的一門新的學科。集成光學的理論基礎是光學和光電子學，涉及波動光學與信息光學、非線性光學、半導體光電子學、晶體光學、薄膜光學、導波光學、耦合模與參量作用理論、薄膜光波導器件和體系等多方面的現代光學內容；其工藝基礎則主要是薄膜技術和微電子工藝技術。集成光學的應用領域非常廣泛，除了光纖通信、光纖傳感技術、光學信息處理、光計算機與光存儲等之外，還有其他領域，如材料科學研究、光學儀器、光譜研究等。
一、集成光學優點
1.與離散光學器件系統的比較
離散光學器件是將體型光學器件固定在大型的平臺或光具座上，構成光學系統。該系統的大小大約是1m2的數量級，光束的粗細大約為1cm的程度。除了體積龐大之外，組裝、調整也比較困難。集成光學系統具有如下優點：
①.光波在光波導中傳播，光波容易控制和保持其能量。
②.集成化帶來的穩固定位。如上所述，集成光學期待在同一塊襯底上制作若干個器件，因而不存在離散光學器件所具有的組裝問題，這樣就可以保持穩定的組合，從而它對振動和溫度等環境因素的適應性也比較強。
③.器件尺寸和相互作用長度縮短；相關的電子器件的工作電壓也較低。
④.功率密度高。沿波導傳輸的光被限制在狹小的局部空間，導致較高的光功率密度，容易達到必要的器件工作閾值和利用非線性光學效應工作。
⑤.集成光學器件一般集成在厘米尺度的襯底上，其體積小，重量輕。
2.與集成電路的比較
光集成的優點可以分為兩個方面，其一是用集成光學體系（集成光路）代替集成電子體系（集成電路）；其二則與導光波的光學纖維和介質平面光波導代替電線或者同軸電纜傳輸信號有關。
展開 
什么是集成光學？
集成光學的概念是1969年美國貝爾實驗室的Miller博士提出的。集成光學是在光電子學和微電子學基礎上，采用集成方法研究和發展光學器件和混合光學電子學器件系統的一門新的學科。集成光學的理論基礎是光學和光電子學，涉及波動光學與信息光學、非線性光學、半導體光電子學、晶體光學、薄膜光學、導波光學、耦合模與參量作用理論、薄膜光波導器件和體系等多方面的現代光學內容；其工藝基礎則主要是薄膜技術和微電子工藝技術。集成光學的應用領域非常廣泛，除了光纖通信、光纖傳感技術、光學信息處理、光計算機與光存儲等之外，還有其他領域，如材料科學研究、光學儀器、光譜研究等。
一、集成光學優點
1.與離散光學器件系統的比較
離散光學器件是將體型光學器件固定在大型的平臺或光具座上，構成光學系統。該系統的大小大約是1m2的數量級，光束的粗細大約為1cm的程度。除了體積龐大之外，組裝、調整也比較困難。集成光學系統具有如下優點：
①.光波在光波導中傳播，光波容易控制和保持其能量。
②.集成化帶來的穩固定位。如上所述，集成光學期待在同一塊襯底上制作若干個器件，因而不存在離散光學器件所具有的組裝問題，這樣就可以保持穩定的組合，從而它對振動和溫度等環境因素的適應性也比較強。
③.器件尺寸和相互作用長度縮短；相關的電子器件的工作電壓也較低。
④.功率密度高。沿波導傳輸的光被限制在狹小的局部空間，導致較高的光功率密度，容易達到必要的器件工作閾值和利用非線性光學效應工作。
⑤.集成光學器件一般集成在厘米尺度的襯底上，其體積小，重量輕。
2.與集成電路的比較
光集成的優點可以分為兩個方面，其一是用集成光學體系（集成光路）代替集成電子體系（集成電路）；其二則與導光波的光學纖維和介質平面光波導代替電線或者同軸電纜傳輸信號有關。
展開 lexEnable開發柔性液晶薄膜：解決AR和VR設備中光學性能和穿戴舒適性問題
用例包括顯示器、可著色智能窗膜、用于AR/VR的可調諧透鏡以及用于AR設備的像素級環境光調制器件，所有這些都將受益于或需要雙軸彎曲以保形集成到現有表面上。
未來應用和技術轉讓
柔性液晶光學器件不僅可節省大量重量和厚度，還能讓有源光學薄膜完全貼合在雙軸曲面上，這能夠在極大節省體積容量的同時，提高光學性能。這里，我們盡管只就AR/VR光學中兩種使用情況進行了介紹，但實際情況是，這種工藝和材料可以應用于任何類型的液晶盒。柔性有機電子器件和液晶光學器件還有許多其他用途，FlexEnable目前正在將這項技術轉讓給四家亞洲顯示器制造商，并將于2023年開始生產。
雖然基礎OTFT平臺已經開發并在工業上應用了幾年，但在過去幾年中，將其應用于液晶盒制造，再結合熱成型工藝的開發，這些將為功能性表面開辟一個新的應用領域。本文概述了液晶盒功能的兩個例子，但還有許多其他功能正在我們的探索中（例如，Pancharatnam–Berry透鏡、光束轉向、可切換波片），當這些功都能構建在只有幾十微米厚的塑料膜上時，我們將可以通過將其堆疊起來，為各種曲面帶來難以想象的新功能。
展開 光學設計階段透鏡系統的可生產性分析
摘要
研究課題
本文提出了將光學器件生產的各個階段，從光學元件的設計，到機械和技術生產階段，再到制造成本的計算，以一個單一的邏輯順序結合起來的思想。這個想法更有吸引力，因為它可以控制整個過程，節省時間和預算，在設計階段就決定最合適的生產方案。這些信息必須是客觀的，與生產的具體類型和數量有關，并且易于在初始設計階段進行驗證和控制。
方法：該方法包括在“交鑰匙”的基礎上結合光學設備創建的所有階段，包括設備光學方案的分析和可視化選項，考慮到機械和技術方面，以及根據產量計算“項目-產品”成本，并提出優化建議。眾所周知，在設計光學元件時，特別是對于接近分辨率衍射極限的圖像質量保證，有幾種可供選擇的電路解決方案：僅包含球面或方案中具有不同數量的光學元件的透鏡的選擇，或具有非球面的透鏡。在設計階段，選擇是困難的。在這種情況下，決定是考慮到鏡頭的生產工藝過程。
主要的結果：進行了最佳透鏡光學方案的選擇。當光學器件方案的設計變體、光學元件的制造公差和生產量已知時，就可以在最早階段對光學器件的制造可能性進行評估。確定了給定器件的各種光學方案的光學元件的制造成本。進行了備選電路解決方案的研究，例如，僅包含球面或方案中具有不同數量光學元件的透鏡變體，或使用非球面。在設計階段，正確的選擇是困難的。在本文的案例中，考慮到透鏡生產的工藝流程，開發了解決方案。為此，一種名為PanDao的新軟件工具被應用于光學系統的早期設計階段，為可生產性、所需的制造技術和預期的生產成本提供了預覽。為了說明PanDao軟件的使用，我們開發了兩種針孔透鏡方案，并與與透鏡孔徑一致的前向輸入瞳孔進行了比較；第一透鏡由三個球面光學元件組成，第二透鏡由四個非球面光學元件組成。
實際的相關性：說明了在光學設計階段對透鏡系統進行可制造性分析的可能性，并在給定產量的條件下確定了光學器件制造的最佳工藝順序。
展開 光學知識 | 什么是共封裝光學？
盡管目前許多CPO方法都是在低損耗基板上將光學和電氣芯片相鄰放置，但3D-IC技術的進步可以實現多裸片芯粒CPO，其中，OIO和ASIC通過極低功耗和極高帶寬的芯片間通信進行了3D集成。這種集成密度帶來了更大、更復雜的設計，因此，對多物理場和電磁（EM）仿真的需求也與日俱增，以分析新出現的物理效應。
線性驅動可插拔光學（LPO）：現有的可插拔技術，不會被輕易放棄。與CPO相似，LPO技術通過從可插拔光學器件中移除DSP來實現節能。與傳統的可插拔模塊相比，CPO中光學及電子元件的緊密布置，實現了幾個數量級的微型化。不過，插拔器件本身也可以采用這種微型化技術，以改善其笨重的外形尺寸。
要滿足市場期望并贏得最終用戶對CPO可行性的信心，就必須展示強大的多供應商業務模式，并顯著節省成本和能耗。為了利用行業趨勢和技術以加速CPO和OIO的應用，光學界需要解決一些關鍵部分的缺失問題，如IP模塊和光學接口標準等。該過程中，從設計與仿真軟件提供商、器件與芯片設計商、系統架構，到封裝公司、測試設備提供商和代工廠，供應鏈中所有參與者的協作必不可少。建立生態系統并非易事，必然需要一定時間。然而，隨著AI/ML等大型應用的出現，競爭其實已經拉開帷幕。
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