波導耦合的案例
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?shù)臋C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?；镜脑O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(jiān)測模擬配置
由于在監(jiān)測過程中我們需要對每個纖芯波導進行實時監(jiān)控，因此在檢測路徑中選取四種不同的檢測路徑，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(fā)光源配置
分析結構的激發(fā)光場及細節(jié)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 用于光波導耦合光柵評估的自定義探測器
用于光波導耦合光柵評估的自定義探測器
摘要 生成一個自定義探測器來計算一維周期結構的衍射效率，這是一個用戶定義范圍內入射方向的函數(shù)。根據(jù)效率，可以在定義的視場內評估衍射效率的平均值和對比度，并且可以用于定義優(yōu)化函數(shù)以便進行可能的參數(shù)優(yōu)化。
建模任務
任務：
生成探測器來評估給定視場（FOV）的波導耦合光柵的性能（平均效率，均勻性）。 探測器可用于分析透射或反射模式下的指定衍射級。
視場（FOV）的定義
調用傅里葉模態(tài)法（FMM）
使用探測器幫助瀏覽輸入參數(shù) 探測器結果的評估
作為結果，探測器會根據(jù)對特定衍射級次m作為一組平面波入射方向的函數(shù)的效率，來計算平均效率和均勻對比度。 均勻對比度(或誤差)由下式計算 計算值在VirtualLab Fusion的探測器結果中顯示。
矩形光柵的波導耦合分析 文件信息
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
本期是Lumerical系列中無源器件專題-端面耦合器第二期。本期主要基于一種十字型異質多芯波導的端面耦合器進行詳盡分析，并通過Ansys Lumerical MODE模塊中的FDE Solver 和EME Solver，對波導的寬度和波導之間的距離以及劈尖波導的長度和相對位置進行優(yōu)化，最終實現(xiàn)了與高數(shù)值孔徑光纖（HNAF）的高效率耦合。
背景介紹
隨著光芯片制造工藝中套刻技術的發(fā)展和三維波導制造工藝的不斷完善，多層波導的制造工藝需求逐步被滿足，目前越來越多的研究聚焦于高折射率、小截面尺寸的波導。其中 在光通信波段具有透明窗口和低溫度敏感性，且工藝與CMOS高度兼容，其在硅光體系中得到了廣泛的應用。 薄膜的沉積工藝和刻蝕工藝十分成熟，其折射率略大于 和SiON，它對光場的約束能力介于Si波導和 包層之間，因此成為基于高折射率、小截面尺寸波導的端面耦合器設計中最具潛力的材料之一。
2021年，Sun 等提出了采用5根 波導的端面耦合器結構，其與模場直徑為8.2 μm的光纖的耦合損耗達0.44 dB。傳統(tǒng)SOI波導一般位于芯片波導區(qū)的最底層，而在其設計中，底層的 波導低于SOI波導，使得制備難度很大。2022年，Liang等 采用對 包層進行高折射率摻雜以及對 包層進行深刻蝕的設計方式，實現(xiàn)了與標準單模光纖之間的耦合，耦合損耗同樣低于1 dB。2023年，Yu 和He 等人僅用1層 波導且不對 包層進行高折射率摻雜和深刻蝕的端面耦合器，分別在鈮酸鋰波導體系和三五族波導體系中完成了光纖耦合，其耦合損耗分別達到了0.75 dB和1.175 dB。而本期文章我們要分析的是一種基于十字型 波導的異質多芯SOI波導端面耦合器 ，實現(xiàn)了與高數(shù)值孔徑光纖（HNAF）的高效率耦合。
展開 光波導耦合分析分析
光波導耦合分析
從集成光學到現(xiàn)代顯示技術，在如今各種應用中光波導結構起著重要作用。因此，所有基于光波導的應用中，將光耦合出或耦合入光波導是關注的問題。這些任務通常用衍射光柵實現(xiàn)，因為它們可以使用現(xiàn)代制造技術與光波導集成。在VirtualLab Fusion中，可以使用傅立葉模態(tài)法（FMM）嚴格計算耦合效率。例如，我們分析了幾個選定的傾斜光柵，模擬結果與文獻中的結果吻合地很好。 從文獻中選擇不同傾斜光柵幾何結構，具有不同傾斜角度、填充因子和調制深度。，用傅立葉模態(tài)法（FMM）計算衍射效率。
用于光波導耦合光柵評估的自定義探測器
我們提供了一種自定義的探測器，可以在用戶定義的入射角范圍內計算光柵衍射效率，并給出效率的平均值和對比度。 了解更多信息，請發(fā)送郵件至：support@infotek.com.cn / support@infocrops.com
展開 
016 - COMSOL光纖-銀納米線波導之間高效耦合（僅包含模型文件） ￥26
016 - COMSOL光纖-銀納米線波導之間高效耦合（僅包含模型文件，26元）
基本介紹：
主要內容：根據(jù)發(fā)表在Nano Letters上的論文《Highly Efficient Interfacing of Guided Plasmons and Photons in Nanowires 作者：Xuewen Chen等》，重復了圖1；
基于COMSOL頻域求解，使用的軟件版本為COMSOL 5.3 (5.3.0.223)；
計算所需的內存：8 GB；
涉及的內容：全局參數(shù)、端口、完美匹配層、自定義網格、邊界模式分析、對數(shù)據(jù)集操作-旋轉、派生值-積分 等；
繪制了：軸向剖面上的瞬時磁場分布、橫截面上的磁場模式分布；
注意：本案例僅包含模型文件，沒有講解視頻，不附帶答疑指導。
包含的文件截圖：
詳細描述：
如上圖所示，將銀納米線（MW）和光纖（DF）端對端接觸在一起，模擬兩種情況下的耦合效率：（1）銀納米線上的表面等離激元波導耦合到光纖中；（2）光纖中的波導耦合到銀納米線上的等離激元
銀納米線和硅介質波導的半徑分別為164nm和342nm。波長為633nm。
在軟件中采用二維軸對稱進行模擬。
計算的內容和結果：
1、銀納米線→光纖的耦合。上圖：文獻中的結果；下圖：本案例的結果 ??
2、光纖→銀納米線的耦合。上圖：文獻中的結果；下圖：本案例的結果 ??
3、光纖中的模式(k)和銀納米線波導的模式(l)。左圖：文獻中的結果；右圖：本案例的結果 ??
再次提醒：本案例僅包含模型文件，沒有講解視頻，也不附帶答疑指導。
展開 [VirtualLab] 用于光波導耦合光柵評估的自定義探測器
建模任務
任務：
生成探測器來評估給定視場（FOV）的波導耦合光柵的性能（平均效率，均勻性）。
探測器可用于分析透射或反射模式下的指定衍射級。
視場（FOV）的定義
調用傅里葉模態(tài)法（FMM）
使用探測器幫助瀏覽輸入參數(shù)
探測器結果的評估
作為結果，探測器會根據(jù)對特定衍射級次m作為一組平面波入射方向的函數(shù)的效率，來計算平均效率和均勻對比度。
均勻對比度(或誤差)由下式計算
計算值在VirtualLab Fusion的探測器結果中顯示。
矩形光柵的波導耦合分析
文件信息
[NEWSLETTER] 光波導耦合分析
從集成光學到現(xiàn)代顯示技術，在如今各種應用中光波導結構起著重要作用。因此，所有基于光波導的應用中，將光耦合出或耦合入光波導是關注的問題。這些任務通常用衍射光柵實現(xiàn)，因為它們可以使用現(xiàn)代制造技術與光波導集成。在VirtualLab Fusion中，可以使用傅立葉模態(tài)法（FMM）嚴格計算耦合效率。例如，我們分析了幾個選定的傾斜光柵，模擬結果與文獻中的結果吻合地很好。
從文獻中選擇不同傾斜光柵幾何結構，具有不同傾斜角度、填充因子和調制深度。，用傅立葉模態(tài)法（FMM）計算衍射效率。
用于光波導耦合光柵評估的自定義探測器
我們提供了一種自定義的探測器，可以在用戶定義的入射角范圍內計算光柵衍射效率，并給出效率的平均值和對比度。
展開 VirtualLab：AR和MR光波導器件耦合光柵的優(yōu)化
在上周的通訊中，我們強調了分析基于光波導的增強和混合現(xiàn)實(AR & MR)設備的一些挑戰(zhàn)。我們將繼續(xù)深入討論這個話題，看看光波導系統(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，這些任務眾所周知地極具挑戰(zhàn)性。
快速物理光學軟件VirtualLab Fusion通過其波導工具箱提供了一系列方便的工具，可在設計過程中幫助光學工程師。例如用于光柵結構配置的用戶友好的工作流程，用于光柵分析的嚴格傅里葉模態(tài)算法(FMM)，以及參數(shù)優(yōu)化方法和一些針對光波導的系統(tǒng)設計方法。
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：
連續(xù)調制光柵區(qū)域光波導的優(yōu)化
本例演示了如何通過EPE和外耦合器區(qū)域連續(xù)變化的光柵占空因子來優(yōu)化光波導，以實現(xiàn)眼動范圍內足夠的橫向均勻性。
單入射方向光波導耦合光柵的優(yōu)化
我們演示了針對特定入射方向優(yōu)化矩形光柵的設計流程，以獲得特定衍射級次的最大效率。
展開 VirtualLab：單入射方向光波導耦合光柵的優(yōu)化
摘要
將光耦合到光波導在現(xiàn)代光學的各種應用中具有重要意義。在VirtualLab Fusion中，使用傅里葉模態(tài)法(FMM，也稱為RCWA)和參數(shù)優(yōu)化工具，可以優(yōu)化真實的光柵幾何形狀，以實現(xiàn)特定衍射級次的最佳耦合效率。本例展示了針對特定入射方向優(yōu)化二元光柵以獲得最佳光導耦合效率的設計策略。
建模任務
參數(shù)運行的掃描模式
VirtualLab Fusion參數(shù)運行文檔的掃描模式允許對參數(shù)空間的多維(通常是2D)區(qū)域執(zhí)行參數(shù)掃描。這種掃描方法可以用于詳細分析光柵特性。更多資料請瀏覽：
參數(shù)運行的掃描模式
尋找初始解(正入射)
參數(shù)優(yōu)化
為了找到合適的光柵參數(shù)集，使用了VirtualLab Fusion的優(yōu)化文檔。它可以為目標值定義自定義的優(yōu)化函數(shù)、參數(shù)約束和權重。更多資料請瀏覽：
參數(shù)優(yōu)化文檔簡介
經過參數(shù)優(yōu)化的最終設計(正入射 )
15°入射的初始解與最終設計
VirtualLab Fusion技術
文件信息
延伸閱讀
□ 連續(xù)調制光柵區(qū)域光波導的優(yōu)化
□ 如何用真實的光柵結構建立光波導
□ 目標視場下光波導耦合斜光柵的優(yōu)化
□ 參數(shù)運行的掃描模式
□ 參數(shù)優(yōu)化文檔簡介
展開 VirtualLab Fusion中運用optiSLang進行光柵優(yōu)化
VirtualLab Fusion和optiSLang的界面 VirtualLab Fusion是一種靈活且可定制的建模工具平臺，可以仿真復雜的光學裝置，例如：將一組平面波耦合入光波導。
optiSLang是一種包含各種高級工具的軟件平臺，包括敏感度分析、多元和多學科優(yōu)化、魯棒性評估、可靠性分析和魯棒設計優(yōu)化。 兩種軟件平臺的結合使得例如智能光波導耦合等高級光柵結構變?yōu)榭赡堋?VirtualLab Fusion – 光學裝置初始化 初始裝置─ 一般來說，在VirtualLab中定義的光學系統(tǒng)都可以使用optiSLang進行優(yōu)化。─ 該例中的光學系統(tǒng)包含了平面波光源和用于周期性介質的波導耦合探測器。
VirtualLab Fusion – 波導耦合探測器 波導耦合探測─ 波導耦合探測器是一種特殊工具，用以探測某個周期性結構以特定角度范圍入射的效率。─ 可以從探測器的編輯對話框中的目錄定義或加載周期性結構。
VirtualLab Fusion – 波導耦合探測器波導耦合探測─ 該例中使用了傾斜光柵。 VirtualLab Fusion – 波導耦合探測器波導耦合探測─ 該例中使用了傾斜光柵。
VirtualLab Fusion – 波導耦合探測器 波導耦合探測─ 輸入光源的入射角度范圍在探測器編輯對話框中指定。─ 通過最小和最大笛卡爾坐標系角度alpha和beta與它們的采樣點數(shù)定義。
VirtualLab Fusion – 波導耦合 波導耦合探測─ 可以從探測得到的效率計算平均值和均勻對比度，并在探測器結果標簽頁中給出。─ 作為結果，探測器可以用于評估在特定角度范圍內的周期性結構。
展開 AR和MR光波導器件耦合光柵的優(yōu)化
在之前的通訊中，我們強調了分析基于光波導的增強和混合現(xiàn)實(AR & MR)設備的一些挑戰(zhàn)。
本周，我們將繼續(xù)深入討論這個話題，看看光波導系統(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，這些任務眾所周知地極具挑戰(zhàn)性。 快速物理光學軟件VirtualLab Fusion通過其波導工具箱提供了一系列方便的工具，可在設計過程中幫助光學工程師。例如用于光柵結構配置的用戶友好的工作流程，用于光柵分析的嚴格傅里葉模態(tài)算法(FMM)，以及參數(shù)優(yōu)化方法和一些針對光波導的系統(tǒng)設計方法。 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：
連續(xù)調制光柵區(qū)域光波導的優(yōu)化
本例演示了如何通過EPE和外耦合器區(qū)域連續(xù)變化的光柵占空因子來優(yōu)化光波導，以實現(xiàn)眼動范圍內足夠的橫向均勻性。
單入射方向光波導耦合光柵的優(yōu)化
我們演示了針對特定入射方向優(yōu)化矩形光柵的設計流程，以獲得特定衍射級次的最大效率。
展開 
VirtualLab Fusion 用于光波導耦合的傾斜光柵分析
摘要
因其在確定衍射級上的高衍射效率，傾斜光柵廣泛用于將光耦合到光波導中。如今，傾斜光柵廣泛用于增強現(xiàn)實和混合現(xiàn)實應用中。本示例中將示范如何使用VirtualLab Fusion分析文獻中具有特定參數(shù)的某些傾斜光柵的幾何形狀（例如傾斜角、填充因子和調制深度）。 另外，研究了不同入射角對衍射效率的影響。
2. 建模任務
3. 衍射效率vs.相對深度
4. 衍射效率vs.傾斜角
5. 衍射效率vs. 填充因子
6. 衍射效率vs.變化的入射角
7. 走進VirtualLab Fusion
8. VirtualLab Fusion 的工作流程
光波導耦合光柵結構的配置
傾斜光柵的高級配置 [使用案例]
使用特殊材料的光柵結構配置 [使用案例]
使用界面的光柵結構配置 [使用案例]
耦合光柵衍射效率分析
自定義的光波導耦合光柵評價探測器 [使用案例]
通過掃描特定的參數(shù)來檢查效率
參數(shù)運行的使用 [使用案例]
9. VirtualLab Fusion 技術
10. 文件信息
更多閱讀
- Parametric Optimization and Tolerance Analysis of Slanted Gratings
- Configuration of Grating Structures by Using Special Media
展開 用于光波導耦合的傾斜光柵分析
摘要
因其在確定衍射級上的高衍射效率，傾斜光柵廣泛用于將光耦合到光波導中。如今，傾斜光柵廣泛用于增強現(xiàn)實和混合現(xiàn)實應用中。本示例中將示范如何使用VirtualLab Fusion分析文獻中具有特定參數(shù)的某些傾斜光柵的幾何形狀（例如傾斜角、填充因子和調制深度）。 另外，研究了不同入射角對衍射效率的影響。
2. 建模任務
3. 衍射效率vs.相對深度
4. 衍射效率vs.傾斜角
5. 衍射效率vs. 填充因子
6. 衍射效率vs.變化的入射角
7. 走進VirtualLab Fusion
8. VirtualLab Fusion 的工作流程
光波導耦合光柵結構的配置
傾斜光柵的高級配置 [使用案例]
使用特殊材料的光柵結構配置 [使用案例]
使用界面的光柵結構配置 [使用案例]
耦合光柵衍射效率分析
自定義的光波導耦合光柵評價探測器 [使用案例]
通過掃描特定的參數(shù)來檢查效率
參數(shù)運行的使用 [使用案例]
9. VirtualLab Fusion 技術
10. 文件信息
更多閱讀
- Parametric Optimization and Tolerance Analysis of Slanted Gratings
- Configuration of Grating Structures by Using Special Media
展開 VirtualLab：單入射方向光波導耦合光柵的優(yōu)化
摘要
將光耦合到光波導在現(xiàn)代光學的各種應用中具有重要意義。在VirtualLab Fusion中，使用傅里葉模態(tài)法(FMM，也稱為RCWA)和參數(shù)優(yōu)化工具，可以優(yōu)化真實的光柵幾何形狀，以實現(xiàn)特定衍射級次的最佳耦合效率。本例展示了針對特定入射方向優(yōu)化二元光柵以獲得最佳光導耦合效率的設計策略。
建模任務
參數(shù)運行的掃描模式
VirtualLab Fusion參數(shù)運行文檔的掃描模式允許對參數(shù)空間的多維(通常是2D)區(qū)域執(zhí)行參數(shù)掃描。這種掃描方法可以用于詳細分析光柵特性。更多資料請瀏覽：
參數(shù)運行的掃描模式
尋找初始解(正入射)
參數(shù)優(yōu)化
為了找到合適的光柵參數(shù)集，使用了VirtualLab Fusion的優(yōu)化文檔。它可以為目標值定義自定義的優(yōu)化函數(shù)、參數(shù)約束和權重。更多資料請瀏覽：
參數(shù)優(yōu)化文檔簡介
經過參數(shù)優(yōu)化的最終設計(正入射 )
15°入射的初始解與最終設計
VirtualLab Fusion技術
文件信息
延伸閱讀
□
連續(xù)調制光柵區(qū)域光波導的優(yōu)化
□ 如何用真實的光柵結構建立光波導
□ 目標視場下光波導耦合斜光柵的優(yōu)化
□ 參數(shù)運行的掃描模式
□ 參數(shù)優(yōu)化文檔簡介
展開 用于光波導耦合的傾斜光柵的分析
走進VirtualLab Fusion
VirtualLab Fusion中的工作流程
?光波導耦合光柵結構的配置
- 傾斜光柵的高級配置
Advanced Configuration of Slanted Grating
[用例]
- 使用特殊介質配置光柵結構
Configuration of Grating Structures by Using Special Media
[用例]
- 使用接口配置光柵結構
Configuration of Grating Structures by Using Interfaces
[用例]
?分析耦合光柵衍射效率
- 用于光導耦合光柵評估的自定義探測器
Customized Detector for Lightguide Coupling Grating Evaluation
[用例]
?通過掃描特定參數(shù)來檢查效率
VirtualLab Fusion 技術
文件信息
更多閱覽 - Customized Detector for Lightguide Coupling Grating Evaluation
展開 