分束器
關注創建者：追光ing 創建時間：2023-06-13
分束器的視頻教程
001 - COMSOL光子晶體波導分束器（含講解）
001 - COMSOL光子晶體波導分束器（含講解，66元） 基本介紹： ·? 主要內容：對一個典型的T型光子晶體分束器做了模擬； ·??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：自定義變量、組件耦合、完美匹配層、散射邊界條件、自定義網格 等； ·??繪制了：場分布和透反射率；
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MCGrating 光柵設計軟件
全息光柵、布拉格光柵、表面光柵、光子晶體、衍射光束分束器、偏光器、抗反射各種定制特性可以使用戶分析和優化用戶自定義結構的光柵。這些包括導入測量的高度輪廓以及使用公式描述一個高度輪廓的可編程高度輪廓或者折射率分布介質。
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分束器的實例教程
1、偏振分束器
基于絕緣體上硅（SOI）平臺，利用定向耦合器可實現緊湊且高效的偏振分束器（PBS）。本文對一種集成亞波長光柵（SWG）波導與槽型波導的偏振分束器進行了仿真[1]。該設計借助亞波長光柵波導和槽型波導的獨特特性，在小尺寸范圍內實現基于偏振的光束分離。偏振分束器的直通路徑采用亞波長光柵波導，交叉路徑采用槽型波導。亞波長光柵波導由周期性亞波長結構構成，其有效折射率可實現精細調控。在本設計中，亞波長光柵波導作為橫電（TE）偏振光的直通波導，使其傳播時與槽型波導的耦合程度極低；同時，它支持橫磁（TM）偏振光寬頻耦合至槽型波導。此外，亞波長光柵波導中的錐形過渡結構可最大限度減少其與條形波導界面處的反射，保證高效耦合。槽型波導由兩個間距緊密的硅側壁及狹窄的二氧化硅間隙組成，這種結構使 TE 偏振的電場被強烈限制在低折射率的間隙內，而 TM 偏振在槽型波導中的場分布則與條形波導相似。亞波長光柵的尺寸經過定制，僅使 TM 偏振實現條形波導（直通路徑）與槽型波導（交叉路徑）之間的模式匹配，從而實現從直通路徑到交叉路徑的高效耦合，完成偏振選擇性的能量傳輸。
2、仿真
偏振分束器的仿真采用三維時域有限差分法（OptiFDTD），工作波長為 1550nm。在三維 OptiFDTD 中，通過有限元法（FEM）求解器進行精確的模式分析，以獲取光源注入的光模式分布（有限元法通用求解器的設置詳見表 1）。偏振分束器的三維模型分為三個部分：輸入區、耦合區和分離區，所有區域均位于 SOI 平臺上（結構的幾何參數詳情見圖 1、圖 2 及表 2）。
展開 為了實現所需的高點數，這些設備通常會結合高度發散的光源板與分束器。
在這些系統的模擬中，在精度和速度之間取得合適的平衡是相當具有挑戰性的：一方面，分束器的小結構需要應用嚴格的方法，而計算量往往很大。另一方面，模擬應該足夠快捷，能夠在內存使用和時間的合理范圍內產生結果。此外，該系統通常不僅包括點陣投影儀，而且如果不是其他的附加的光學元件如透鏡下，至少還包括在自由空間中傳播。
由光學建模和設計軟件VirtualLab Fusion提供的在單一平臺上的建模技術的非常自由的交互性的方法剛好適用上述情況。它允許應用嚴格的傅里葉模態方法/嚴格的耦合波分析（FMM/RCWA），以必要的精度建立非近軸分束器的模型，同時通過結合其他技術避免計算過度，這些技術可以更快分析系統中其他潛在元件，包括是否在自由空間傳播、通過鏡頭還是兩者兼而有之。所有這些都是在一個具有一致性光源模型的單一軟件平臺上進行的，這意味著從一種建模技術到另一種建模技術不會丟失重要信息，也避免了不同軟件包之間任何繁瑣的來回操作。
在本周的時事通訊中，我們展示了這樣一個點陣投影儀系統，提供了對該設備的工作原理的分析和涵蓋其設計的文檔。
一個點陣投影儀的功能原理的演示
本用例展示了點陣投影儀的工作原理，包括在衍射分束器的理想設計和真實設計之間的比較。
非近軸結構的設計與嚴格分析
衍射分束器
采用傅里葉模態法（FMM）對非近軸衍射分束器進行了嚴格的分析，該方法最初采用迭代傅里葉變換算法（IFTA）和薄元近似算法（TEA）進行設計。
展開 為了實現所需的高點數，這些設備通常會結合高度發散的光源板與分束器。
在這些系統的模擬中，在精度和速度之間取得合適的平衡是相當具有挑戰性的：一方面，分束器的小結構需要應用嚴格的方法，而計算量往往很大。另一方面，模擬應該足夠快捷，能夠在內存使用和時間的合理范圍內產生結果。此外，該系統通常不僅包括點陣投影儀，而且如果不是其他的附加的光學元件如透鏡下，至少還包括在自由空間中傳播。
由光學建模和設計軟件VirtualLab Fusion提供的在單一平臺上的建模技術的非常自由的交互性的方法剛好適用上述情況。它允許應用嚴格的傅里葉模態方法/嚴格的耦合波分析（FMM/RCWA），以必要的精度建立非近軸分束器的模型，同時通過結合其他技術避免計算過度，這些技術可以更快分析系統中其他潛在元件，包括是否在自由空間傳播、通過鏡頭還是兩者兼而有之。所有這些都是在一個具有一致性光源模型的單一軟件平臺上進行的，這意味著從一種建模技術到另一種建模技術不會丟失重要信息，也避免了不同軟件包之間任何繁瑣的來回操作。
在本周的時事通訊中，我們展示了這樣一個點陣投影儀系統，提供了對該設備的工作原理的分析和涵蓋其設計的文檔。
一個點陣投影儀的功能原理的演示
本用例展示了點陣投影儀的工作原理，包括在衍射分束器的理想設計和真實設計之間的比較。
非近軸結構的設計與嚴格分析
衍射分束器
采用傅里葉模態法（FMM）對非近軸衍射分束器進行了嚴格的分析，該方法最初采用迭代傅里葉變換算法（IFTA）和薄元近似算法（TEA）進行設計。
展開 偏振分束器的仿真采用三維時域有限差分法（OptiFDTD），工作波長為 1550nm。在三維 OptiFDTD 中，通過有限元法（FEM）求解器進行精確的模式分析，以獲取光源注入的光模式分布（有限元法通用求解器的設置詳見表 1）。偏振分束器的三維模型分為三個部分：輸入區、耦合區和分離區，所有區域均位于 SOI 平臺上（結構的幾何參數詳情見圖 1、圖 2 及表 2）。
2、仿真
基于絕緣體上硅（SOI）平臺，利用定向耦合器可實現緊湊且高效的偏振分束器（PBS）。本文對一種集成亞波長光柵（SWG）波導與槽型波導的偏振分束器進行了仿真[1]。該設計借助亞波長光柵波導和槽型波導的獨特特性，在小尺寸范圍內實現基于偏振的光束分離。偏振分束器的直通路徑采用亞波長光柵波導，交叉路徑采用槽型波導。亞波長光柵波導由周期性亞波長結構構成，其有效折射率可實現精細調控。在本設計中，亞波長光柵波導作為橫電（TE）偏振光的直通波導，使其傳播時與槽型波導的耦合程度極低；同時，它支持橫磁（TM）偏振光寬頻耦合至槽型波導。此外，亞波長光柵波導中的錐形過渡結構可最大限度減少其與條形波導界面處的反射，保證高效耦合。槽型波導由兩個間距緊密的硅側壁及狹窄的二氧化硅間隙組成，這種結構使 TE 偏振的電場被強烈限制在低折射率的間隙內，而 TM 偏振在槽型波導中的場分布則與條形波導相似。亞波長光柵的尺寸經過定制，僅使 TM 偏振實現條形波導（直通路徑）與槽型波導（交叉路徑）之間的模式匹配，從而實現從直通路徑到交叉路徑的高效耦合，完成偏振選擇性的能量傳輸。
展開 案例386（1.0）
關鍵詞：衍射光學元件、DOE、高數值孔徑，畸變補償，幾何畸變，枕形，桶形，強度衰減，功率、陡降、損耗、預備信號場、光圖形、迭代傅里葉變換算法、IFTA、模組、分束器、衍射
1. 摘要
? 通過該案例闡述了如何利用迭代傅里葉變換算法進行高數值孔徑衍射分束器設計。
? 通過來分束器可以生成一個5x5規則的點陣圖形。
? 然而，由于偏轉角較大使得目標平面上這個規則的5x5點陣圖案產生了一個形變。
? 可以利用VirtualLab 模塊 Mod014 在迭代傅里葉變換算法設計中預補償該圖形的形變。
2. 設計任務：規則的5×5光束分束器
? 設計衍射分束器用于在衍射元件遠場生成規則的高數值孔徑光圖形。
? 最大衍射角(水平/豎直)：α=β=22.3°
? 最大衍射角(對角線)=30.1°
3. 設計任務
? 光源參數：
— 高斯光源波長：532nm
— 光束直徑(1/e2)：80um
? 系統參數：
— 衍射元件到屏幕距離：z=0.3m
? 期望輸出場：
— 期望點圖形：規則圖形，5×5的點陣
— 級次間距：49.2mm
— 目標圖案依據示例文件
“Sc386_TargetPattern_1.ca2”
? DOE參數：
— 僅改變位相的衍射光學元件
— 離散DOE的位相階數：4
4. 點圖形的變形
? 衍射元件通常是在等間距的計算網格上利用角譜域的迭代傅里葉變換算法完成設計。
? 對于非近軸衍射元件，衍射角和光軸上點的橫向距離之間沒有線性關系。
? 對于非近軸衍射角，期望點位置與最終獲得枕形畸變的點位置之間存在一個的差異。
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分束器的最新內容
衍射分束器
衍射分束器是將入射光光束分成多個光束輸出或衍射級次的光柵。每個輸出光束都保留與輸入光束相同的光學特性。這類器件通常用于激光等設備中的單色光，并針對特定的波長和衍射角進行設計。
衍射分束器的仿真
衍射光束整形器
衍射光束整形器會改變具有高斯強度分布的激光光束的相位分布和強度，也就是說，光束的亮度在中心最強，向邊緣平滑遞減，呈現出曲線分布。
? 光通信與光子集成：硅基光波導用于光開關、分束器、波分復用器，支撐數據中心光互連、800G/1.6T光模塊升級。
? 其他領域：醫療內窺鏡（聚合物光波導）、激光雷達、工業檢測、汽車 HUD，市場需求持續擴容。
盡管產業快速發展，仍存在四大技術瓶頸：
? 光效 - 視場 - 輕薄 “不可能三角”：提升視場角（>60°）則光效驟降，追求超薄則工藝難度飆升。
核心光路包含激光光源、分束器、照明與參考光路及記錄介質，廣泛用于三維顯示、精密計量、無損檢測、光學防偽等領域。本案例基于 OAS 波動光學模塊，完成全息記錄與再現全流程仿真，為系統設計、優化與評估提供專業工程支撐。
案例設置與操作
模型構建
基于 OAS 軟件三維建模與相干光仿真能力搭建全息光路模型，選用高斯相干光源，經分束元件形成物光與參考光支路。
6.3 單色儀和光譜儀模擬仿真 239
6.3.1 切爾尼-特納單色儀—衍射效率分析 239
6.3.2 切爾尼-特納光譜儀—光譜分辨率及鈉雙譜線分析 250
第七章 光束整形 256
7.1 折射光學 256
7.1.1 設計一個折射光束整形器以生成一個圓形高帽光 256
7.2 衍射光學 266
7.2.1 規則分束器設計
摘要
光分束器設備在光譜學、干涉測量和光通信領域的許多應用中發揮著關鍵作用。一種常見的分光器是基于受抑全內反射（FTIR）的效果，由兩個玻璃棱鏡組成，它們被一個非常薄的層分開。如果該層足夠薄，部分光線將通過邊界，由倏逝波通道到另一側，而其余的將被反射。
系統設置
非序列追跡
通道配置模式設置為“手動配置”時，用戶可以為系統中的每個曲面分別指定仿真中遵循的光路。
摘要
光分束器設備在光譜學、干涉測量和光通信領域的許多應用中發揮著關鍵作用。一種常見的分光器是基于受抑全內反射（FTIR）的效果，由兩個玻璃棱鏡組成，它們被一個非常薄的層分開。如果該層足夠薄，部分光線將通過邊界，由倏逝波通道到另一側，而其余的將被反射。
系統設置
非序列追跡
通道配置模式設置為“手動配置”時，用戶可以為系統中的每個曲面分別指定仿真中遵循的光路。
建模任務
建模技術的單平臺交互操作
模擬與設置：單平臺交互操作
連接建模技術：光源
頻域方法
時域方法
交互式建模技術：消色差
消色差：鏡頭系統組件
交互式建模技術：分束器
交互式建模技術：自由空間傳播
交互式建模技術：帶樣品的鏡子
帶樣本的鏡子：采樣界面
連接建模技術：參考鏡子
建模任務
模擬與設置：單平臺交互操作
建模技術的單平臺交互操作
連接建模技術：光源
頻域方法
時域方法
交互式建模技術：消色差
消色差：鏡頭系統組件
交互式建模技術：分束器
交互式建模技術：自由空間傳播
交互式建模技術：帶樣品的鏡子
帶樣本的鏡子：采樣界面
連接建模技術：參考鏡子
一個點陣投影儀的功能原理的演示
本用例展示了點陣投影儀的工作原理，包括在衍射分束器的理想設計和真實設計之間的比較。
非近軸結構的設計與嚴格分析
衍射分束器
采用傅里葉模態法（FMM）對非近軸衍射分束器進行了嚴格的分析，該方法最初采用迭代傅里葉變換算法（IFTA）和薄元近似算法（TEA）進行設計。
摘要
非傍軸衍射光束分束器的直接設計仍然是一個挑戰。由于衍射角度相當大，元件的特征尺寸與光的波長相近。因此，通常使用的傍軸建模方法變得不準確，需要嚴格的技術。
