光柵模型的案例
Ansys Lumerical｜帶 1D-2D 光柵的出瞳擴展器
為了使用動態鏈接，在Lumerical中構建了二維六邊形圓柱體和一維傾斜光柵的參數化模型。另一方面，整個成像系統內置于Zemax OpticStudio中。在光線追蹤過程中，當光線照射到光柵上時，Zemax OpticStudio 會自動調用 Lumerical 來計算精確的電場響應，從而可以對系統進行準確評估。
概述
EPE是基于波導的AR系統（如Microsoft Hololens）中最流行的技術之一。它包括一塊薄玻璃板（波導），上面有幾個光柵。光柵的周期、區域形狀和周期方向通常在 k 空間中規劃。K 空間是一個二維空間，該空間中的任何單個點始終表示射線傳播方向。當衍射光柵改變光線的傳播方向時，它在該 k 空間中的位置會被矢量移動，其中矢量的長度與周期有關。K-space是一個非常有用的概念，用于規劃EPE系統的光傳播和光柵周期。
上述文章中的系統適用于具有三個 1D 光柵的 EPE。此示例的主要區別在于，我們將使用 1D 光柵進行內耦合，并使用 2D 光柵進行外耦合。二維光柵具有六邊形周期結構，光束在k空間中傳播，如下圖所示。如下圖所示，為了讓光束在二維波導中移動以擴大出瞳，我們設計了光柵，讓光束傳播方向在k空間中像六邊形一樣移動。這允許光束傳播并分布到波導中的大區域，如下圖右圖所示。
第 1 步：構建參數化光柵模型
光柵模型首先在 Lumerical 中構建并保存在 .fsp 文件中。我們將需要兩個光柵模型。一種是一維光柵，用于耦合來自光源的光。一種是用于耦合光線的 1D 光柵。
第 2 步：構建 AR 波導并檢查瞳孔處的功率分布
接下來，在Zemax OpticStudio中構建出瞳擴展系統。
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光柵形狀
本例中光柵的形狀是一維傾斜光柵和二維圓柱柱。用戶可以按照 Lumerical RCWA 和 Zemax OpticStudio 之間的動態工作流程來構建自己的光柵模型。
光柵區形狀
在本例中，波導上的光柵區域形狀為圓形（耦合光柵）和矩形（耦合外光柵）。可以將其中任何一個更改為多邊形。
Zemax & Lumerical | 二維光柵出瞳擴展系統優化
簡介
本文提出并演示了一種以二維光柵耦出的光瞳擴展（EPE）系統優化和公差分析的仿真方法。
在這個工作流程中，我們將使用3個軟件進行不同的工作 ，以實現優化系統的大目標。首先，我們使用 Lumerical 構建光柵模型并使用 RCWA 進行仿真。其次，我們在 OpticStudio 中構建完整的出瞳擴展系統，并動態鏈接到 Lumerical 以集成精確的光柵模型。最后，optiSLang 用于通過修改光柵模型來全面控制系統級優化，以實現整個出瞳擴展系統所需的光學性能。
本篇文章將分為上下兩個部分。（聯系我們獲取文章附件）
概述
我們將首先在 Lumerical 和 OpticStudio 中構建仿真系統，它們是動態鏈接的。
然后，OpticStudio 通過 Python 節點鏈接到 optiSLang 進行優化，如圖1所示。
圖1 Lumerical 通過動態鏈接到 OpticStudio，OpticStudio 通過 Python 節點鏈接到 optiSLang，優化由 optiSLang 控制。
如圖 2 所示，EPE 系統包括兩個用于耦入和耦出的光柵。耦出光柵分為幾個區，如左側所示。每個區都將經過優化，以具有不同的光柵形狀。右圖顯示了光在 k 空間中的傳播的變化情況。
圖 2 光柵布局圖以及光線在K空間的傳播
第 1 步：系統設置 （Lumerical）
打開附件中的 ZAR 文件時，兩個光柵文件會被提取到設置的路徑中。第一個光柵如圖 3 所示，它是耦入光柵中使用的二元光柵。該光柵是固定的，在優化過程中不會改變。
圖 3 耦入光柵結構為二元光柵。
展開 Zemax & Lumerical | 二維光柵出瞳擴展系統優化（下）
簡介
本文提出并演示了一種以二維光柵耦出的光瞳擴展（EPE）系統優化和公差分析的仿真方法。
在這個工作流程中，我們將使用3個軟件進行不同的工作 ，以實現優化系統的大目標。首先，我們使用 Lumerical 構建光柵模型并使用 RCWA 進行仿真。其次，我們在 OpticStudio 中構建完整的出瞳擴展系統，并動態鏈接到 Lumerical 以集成精確的光柵模型。最后，optiSLang 用于通過修改光柵模型來全面控制系統級優化，以實現整個出瞳擴展系統所需的光學性能。
本篇文章分為上下兩個部分（點此查看上部分），下將詳細描述“第3步：優化設置的內容”。（聯系我們獲取文章附件）
概述
我們將首先在 Lumerical 和 OpticStudio 中構建仿真系統，它們是動態鏈接的。
然后，OpticStudio 通過 Python 節點鏈接到 optiSLang 進行優化，如圖1所示。
圖1 Lumerical通 過動態鏈接到 OpticStudio，OpticStudio 通過 Python 節點鏈接到 optiSLang，優化由 optiSLang 控制。
如圖2所示，EPE 系統包括兩個用于耦入和耦出的光柵。耦出光柵分為幾個區，如左側所示。每個區都將經過優化，以具有不同的光柵形狀。右圖顯示了光在 k 空間中的傳播的變化情況。
圖 2 光柵布局圖以及光線在K空間的傳播
第3步：優化設置（optiSLang）
3-2.參數系統
準備好 Python 代碼后，我們就可以開始在 optiSLang 中進行優化了。
展開 
017 - FDTD利用腳本繪制波浪形光柵結構（僅模型文件） ￥13
017 - FDTD利用腳本繪制波浪形光柵結構（僅包含模型文件，13元）
基本介紹：
主要內容：繪制一個波浪形的光柵結構，即介質平板的厚度在一個方向上以sin函數變化；
基于Lumerical FDTD Solution，使用的軟件版本為Lumerical 2016a；
計算所需的內存：無；
涉及的內容：structure group編寫腳本；
注意：本案例僅包含模型文件，有一個操作步驟簡單說明。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，該結構的下表面是平面，上表面是滿足 sin 函數的曲面。
在結構組里可以方便地改動這種sin形曲線光柵的參數，如上圖所示，其中各個參數的含義為：
index - 材料的折射率
material-材料，如果設置材料的話，index 就無效
amplitude-sin 曲線的振幅
thickness - 光柵厚度
period - sin 曲線的周期
x_span - x方向的跨度
y_span - y方向的跨度
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 聯合方案 | Ansys二維光柵出瞳擴展系統優化
本文作者為：Ansys Lead R&D Engineer Michael Cheng
翻譯：Ansys Senior Application Engineer Yuan Chen
原文發布于Zemax知識庫
簡介
本文提出并演示了一種以二維光柵耦出的光瞳擴展（EPE）系統優化和公差分析的仿真方法。
在這個工作流程中，我們將使用3個軟件進行不同的工作 ，以實現優化系統的大目標。首先，我們使用Lumerical構建光柵模型并使用RCWA進行仿真。其次，我們在OpticStudio中構建完整的出瞳擴展系統，并動態鏈接到Lumerical以集成精確的光柵模型。最后，optiSLang用于通過修改光柵模型來全面控制系統級優化，以實現整個出瞳擴展系統所需的光學性能。
本篇文章將分為上下兩個部分，附件可通過文末”閱讀原文“獲取。
概述
我們將首先在Lumerical和OpticStudio中構建仿真系統，它們是動態鏈接的。
展開 聯合方案 | Ansys二維光柵出瞳擴展系統優化（下）
本文作者為：Ansys Lead R&D Engineer Michael Cheng
翻譯：Ansys Senior Application Engineer Yuan Chen
原文發布于Zemax知識庫
簡介
本文提出并演示了一種以二維光柵耦出的光瞳擴展（EPE）系統優化和公差分析的仿真方法。
在這個工作流程中，我們將使用3個軟件進行不同的工作 ，以實現優化系統的大目標。首先，我們使用Lumerical構建光柵模型并使用RCWA進行仿真。其次，我們在OpticStudio中構建完整的出瞳擴展系統，并動態鏈接到Lumerical以集成精確的光柵模型。最后，optiSLang用于通過修改光柵模型來全面控制系統級優化，以實現整個出瞳擴展系統所需的光學性能。
本篇文章分為上下兩個部分，下將詳細描述“第3步：優化設置的內容”，附件可通過文末”閱讀原文“獲取。
概述
我們將首先在Lumerical和OpticStudio中構建仿真系統，它們是動態鏈接的。
展開 Ansys Lumerical | 帶2D輸出耦合器的出瞳擴展器的優化
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本文提出并演示了一種以二維光柵為外耦合器的出瞳擴展器（EPE）系統的仿真方法，并給出了優化和公差分析的實例。
在此工作流程中，我們使用 Lumerical 構建光柵模型，并使用 RCWA 求解器模擬其響應。完整的EPE系統內置于OpticStudio中，并動態鏈接到Lumerical，以集成精確的光柵模型。外耦合器（OC）是一種具有復雜結構的二維光柵，其功能在局部進行了優化。最后，利用optiSLang通過修改光柵模型，對系統級優化進行整體控制，實現整個EPE系統所需的光學性能。
概述
設計具有EPE的AR系統，可以增加眼盒的尺寸，這對系統級的優化來說是一個挑戰，因為它需要大量的參數。一種解決方案是使用多個一維光柵來模擬瞳孔，有關詳細信息，請參閱《Ansys Lumerical | 采用一維光柵的出瞳擴展器的優化》。在本文中，波導由Lumerical設計的兩個光柵組成。內耦合器（IC）是一維斜光柵，外耦合器（OC）是由平行四邊形柱組成的二維光柵。這些光柵通過動態鏈路在OpticStudio光學系統中使用。2D OC光柵被分成幾個部分，其中的光柵參數部分可以分別進行調整。
然后，optiSLang 通過 Python 節點處理優化。optiSLang 的使用帶來了很大的優勢，例如能夠在每個優化周期內執行預處理和后處理（例如，使用瞳孔函數對結果進行卷積）。此外，可以通過在 python 代碼中定義函數來控制參數，而不是直接使用不同區域中的所有單個光柵特性，從而減少變量總數，從而縮短優化時間。該過程由 Sensitivity 模塊啟動，以便系統在運行優化時可以識別影響最大的參數。
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本文演示了一種仿真方法，并舉例說明了使用一維光柵的出瞳擴張器（EPE）系統的優化示例。
在此工作流程中，我們使用 Lumerical 構建光柵模型，并使用 RCWA 求解器模擬其響應。完整的EPE系統內置于OpticStudio中，并與Lumerical動態鏈接，以集成精確的光柵模型。最后，利用optiSLang對光柵模型進行整體控制，實現整個EPE系統所需的光學性能。
概述
設計具有EPE的AR系統，可以增加眼盒的尺寸，這對系統級的優化來說是一個挑戰，因為它需要大量的參數。在本文中，波導由三個在Lumerical中設計的1D傾斜光柵組成。這些光柵分別用于 OpticStudio 光學系統中的內耦合器 （IC）、折疊光柵和外耦合器 （OC），通過動態鏈路。折疊光柵和超頻光柵都被劃分為幾個區域，在優化過程中分別調整光柵參數。
然后，optiSLang 通過 Python 節點處理優化。optiSLang 的使用具有很大的優勢，例如能夠在每個優化周期內執行預處理和后處理（例如，使用瞳孔函數對結果進行卷積）。此外，可以通過在 python 代碼中定義函數來控制參數，而不是直接使用不同區域中的所有單個光柵特性，從而減少變量總數，從而縮短優化時間。該過程由 Sensitivity 模塊啟動，以便系統在運行優化時可以識別影響最大的參數。
本文分為以下 4 個主要步驟：
第 1 步：使用 Zemax 和 Lumerical 設置光學系統
在本節中，我們將介紹要優化的光學系統。我們可以在文章中找到系統類型相同的增強現實光學系統 。請注意，在原始設計中，能量不會擴散到整個眼盒中，因為大部分光在與折疊光柵和外耦合器進行幾次交互后被外耦合。
展開 [NEWSLETTER] 用體光柵作角度濾波器
體光柵由于其高光譜靈敏性和角度靈敏度，可以設計成光譜濾波器或角度濾波器。根據K.Bang等人的工作，我們在VirtualLab Fusion中構造了這樣的體光柵，并分析了它們的角度響應。與傳統的采用4-f系統的空間濾波相比，體光柵可以緊湊地集成在復雜的系統中。作為一個例子，我們用一個體光柵來抑制DOE的高階衍射，并證明了這種抑制效果。
抑制高階衍射的角濾波體光柵
我們構造了一個角濾波體光柵，并將其應用于一個系統中，以抑制來自分束器DOE不需要的高階衍射。
光學系統中光柵的建模——實例討論
通過典型的例子，我們解釋了如何在系統中建立光柵模型，并討論了諸如光柵排列、光柵級次選擇和角度響應設置等問題。
For more information send a message to: support@infotek.com.cn / support@infocrops.com
展開 [TechwizD和TX液晶顯示軟件] TechWiz LCD 3D應用：液晶面板和光柵衍射分析
液晶顯示面板的光柵結構產生了衍射圖樣。根據遠場方程，將衍射光計算為輸出光通過光柵介質的電場之和。
基于極坐標圖和圖像結果文件，對考慮衍射效應的光柵模型的設計有很大的幫助。
偏振體光柵(PVGs)模擬也可以用來識別一階反射率。
? 狹縫模擬
（a）極坐標圖
（b）顏色輪廓
（c）衍射強度
? 液晶相位光柵模擬
（d）TRN數據 （e）極坐標圖
（f）衍射效率
（g）圖像分析
? 智能窗
（h）液晶指向矢分布和相位差曲線 （i）衍射效率，POM圖像，以及衍射圖樣
[1] C.-H. Han, T.-H. Choi, W.-S. Kim, S.-W. Oh, Diffractive liquid crystal device for privacy window with a low operating voltage, J. Inf. Disp. 24 249–254(2023).
（j）衍射效率，衍射圖樣，以及POM圖像 （k）衍射圖像分析
[2] C.-H. Han, S.-W. Oh, A high-haze liquid crystal grating device with asymmetric anchoring energies, Displays 81 102581 (2024).
? 偏振體光柵（PVGs）
（l）ChLC PVGs （m）入射光
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TechWiz LCD 3D應用：液晶面板和光柵衍射分析
?
狹縫模擬
偏振體光柵(PVGs)模擬也可以用來識別一階反射率。
基于極坐標圖和圖像結果文件，對考慮衍射效應的光柵模型的設計有很大的幫助。
液晶顯示面板的光柵結構產生了衍射圖樣。根據遠場方程，將衍射光計算為輸出光通過光柵介質的電場之和。
光波導的入射耦合和出射耦合區域
在增強現實和混合現實應用中，光波導設計的一個主要部分是耦合器，在許多情況下實現為光波導表面的光柵區域。VirtualLab Fusion為區域配置提供了一種非常靈活的方法。當用于定義光波導上的光柵區域時，還有另一種級別的靈活性，即追跡哪一階以及應用哪一種方法來模擬光柵。對于系統的初步研究，或對于未知的結構，可以使用光柵模型功能。為了全面地模擬光柵，我們提供了嚴格的傅里葉模態法(FMM/RCWA)。點睛之筆是一個查找表概念，它存儲瑞利矩陣并在后續運行中使用它們，從而提高模擬速度。
靈活的區域定義
本用例引導您通過靈活的區域配置在VirtualLab融合，它允許用戶定義各種形狀的區域，例如光波導應用程序。
光柵區域衍射級數和效率的規范
此用例涵蓋了用戶友好的界面，用于選擇光柵階數并指定光導光柵區域的效率（理想化或嚴格計算）
展開 用體光柵作角度濾波器
體光柵由于其高光譜靈敏性和角度靈敏度，可以設計成光譜濾波器或角度濾波器。根據K.Bang等人的工作，我們在VirtualLab Fusion中構造了這樣的體光柵，并分析了它們的角度響應。與傳統的采用4-f系統的空間濾波相比，體光柵可以緊湊地集成在復雜的系統中。作為一個例子，我們用一個體光柵來抑制DOE的高階衍射，并證明了這種抑制效果。
抑制高階衍射的角濾波體光柵
我們構造了一個角濾波體光柵，并將其應用于一個系統中，以抑制來自分束器DOE不需要的高階衍射。
光學系統中光柵的建模——實例討論
\ 通過典型的例子，我們解釋了如何在系統中建立光柵模型，并討論了諸如光柵排列、光柵級次選擇和角度響應設置等問題。
For more information send a message to: support@infotek.com.cn / support@infocrops.comInternet: http://www.infotek.com.cn / http://www.honglun-seminary.com
展開 TechWiz LCD 3D應用：液晶面板和光柵衍射分析
液晶顯示面板的光柵結構產生了衍射圖樣。根據遠場方程，將衍射光計算為輸出光通過光柵介質的電場之和。
基于極坐標圖和圖像結果文件，對考慮衍射效應的光柵模型的設計有很大的幫助。
偏振體光柵(PVGs)模擬也可以用來識別一階反射率。
□ 狹縫模擬
（a）極坐標圖
（b）顏色輪廓
（c）衍射強度
□液晶相位光柵模擬
（d）TRN數據 （e）極坐標圖
（f）衍射效率
（g）圖像分析
□智能窗
（h）液晶指向矢分布和相位差曲線 （i）衍射效率，POM圖像，以及衍射圖樣
[1] C.-H. Han, T.-H. Choi, W.-S. Kim, S.-W. Oh, Diffractive liquid crystal device for privacy window with a low operating voltage, J. Inf. Disp. 24 249–254(2023).
（j）衍射效率，衍射圖樣，以及POM圖像 （k）衍射圖像分析
[2] C.-H. Han, S.-W. Oh, A high-haze liquid crystal grating device with asymmetric anchoring energies, Displays 81 102581 (2024).
□偏振體光柵（PVGs）
（l）ChLC PVGs （m）入射光
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