集成光學(xué)
關(guān)注創(chuàng)建者：旋算仿真工作室 創(chuàng)建時(shí)間：2024-08-15
集成光學(xué)的視頻教程
使用Ansys Lumerical 設(shè)計(jì)III-V電吸收調(diào)制器
此次Ansys Lumerical推出的新功能可讓設(shè)計(jì)者更準(zhǔn)確地仿真III-V集成光學(xué)器件中的電吸收調(diào)制器的響應(yīng)，將詳細(xì)介紹Ansys Lumerical對(duì)于III-V電吸收調(diào)制器的完整仿真流程，包括使用CHARGE仿真量子井中的電場(chǎng)、使用FDE/FEEM計(jì)算波導(dǎo)模式、以及使用MQW計(jì)算隨著外施電壓改變的吸收系數(shù)、折射率與穿透機(jī)率。
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智能輔助HUD系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真評(píng)估
Ansys SPEOS HUD是專業(yè)用于汽車抬頭顯示器設(shè)計(jì)和分析的直觀應(yīng)用工具，將光學(xué)設(shè)計(jì)集成到CAD平臺(tái)，評(píng)價(jià)光學(xué)設(shè)計(jì)和視覺(jué)性能。
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集成光學(xué)的實(shí)例教程
集成光學(xué)的概念是1969年美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室的Miller博士提出的。集成光學(xué)是在光電子學(xué)和微電子學(xué)基礎(chǔ)上，采用集成方法研究和發(fā)展光學(xué)器件和混合光學(xué)電子學(xué)器件系統(tǒng)的一門新的學(xué)科。集成光學(xué)的理論基礎(chǔ)是光學(xué)和光電子學(xué)，涉及波動(dòng)光學(xué)與信息光學(xué)、非線性光學(xué)、半導(dǎo)體光電子學(xué)、晶體光學(xué)、薄膜光學(xué)、導(dǎo)波光學(xué)、耦合模與參量作用理論、薄膜光波導(dǎo)器件和體系等多方面的現(xiàn)代光學(xué)內(nèi)容；其工藝基礎(chǔ)則主要是薄膜技術(shù)和微電子工藝技術(shù)。集成光學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，除了光纖通信、光纖傳感技術(shù)、光學(xué)信息處理、光計(jì)算機(jī)與光存儲(chǔ)等之外，還有其他領(lǐng)域，如材料科學(xué)研究、光學(xué)儀器、光譜研究等。
一、集成光學(xué)優(yōu)點(diǎn)
1.與離散光學(xué)器件系統(tǒng)的比較
離散光學(xué)器件是將體型光學(xué)器件固定在大型的平臺(tái)或光具座上，構(gòu)成光學(xué)系統(tǒng)。該系統(tǒng)的大小大約是1m2的數(shù)量級(jí)，光束的粗細(xì)大約為1cm的程度。除了體積龐大之外，組裝、調(diào)整也比較困難。集成光學(xué)系統(tǒng)具有如下優(yōu)點(diǎn)：
①.光波在光波導(dǎo)中傳播，光波容易控制和保持其能量。
②.集成化帶來(lái)的穩(wěn)固定位。如上所述，集成光學(xué)期待在同一塊襯底上制作若干個(gè)器件，因而不存在離散光學(xué)器件所具有的組裝問(wèn)題，這樣就可以保持穩(wěn)定的組合，從而它對(duì)振動(dòng)和溫度等環(huán)境因素的適應(yīng)性也比較強(qiáng)。
③.器件尺寸和相互作用長(zhǎng)度縮短；相關(guān)的電子器件的工作電壓也較低。
④.功率密度高。沿波導(dǎo)傳輸?shù)墓獗幌拗圃讵M小的局部空間，導(dǎo)致較高的光功率密度，容易達(dá)到必要的器件工作閾值和利用非線性光學(xué)效應(yīng)工作。
⑤.集成光學(xué)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(yōu)點(diǎn)可以分為兩個(gè)方面，其一是用集成光學(xué)體系（集成光路）代替集成電子體系（集成電路）；其二則與導(dǎo)光波的光學(xué)纖維和介質(zhì)平面光波導(dǎo)代替電線或者同軸電纜傳輸信號(hào)有關(guān)。
展開(kāi) 集成光學(xué)的概念是1969年美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室的Miller博士提出的。集成光學(xué)是在光電子學(xué)和微電子學(xué)基礎(chǔ)上，采用集成方法研究和發(fā)展光學(xué)器件和混合光學(xué)電子學(xué)器件系統(tǒng)的一門新的學(xué)科。集成光學(xué)的理論基礎(chǔ)是光學(xué)和光電子學(xué)，涉及波動(dòng)光學(xué)與信息光學(xué)、非線性光學(xué)、半導(dǎo)體光電子學(xué)、晶體光學(xué)、薄膜光學(xué)、導(dǎo)波光學(xué)、耦合模與參量作用理論、薄膜光波導(dǎo)器件和體系等多方面的現(xiàn)代光學(xué)內(nèi)容；其工藝基礎(chǔ)則主要是薄膜技術(shù)和微電子工藝技術(shù)。集成光學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，除了光纖通信、光纖傳感技術(shù)、光學(xué)信息處理、光計(jì)算機(jī)與光存儲(chǔ)等之外，還有其他領(lǐng)域，如材料科學(xué)研究、光學(xué)儀器、光譜研究等。
一、集成光學(xué)優(yōu)點(diǎn)
1.與離散光學(xué)器件系統(tǒng)的比較
離散光學(xué)器件是將體型光學(xué)器件固定在大型的平臺(tái)或光具座上，構(gòu)成光學(xué)系統(tǒng)。該系統(tǒng)的大小大約是1m2的數(shù)量級(jí)，光束的粗細(xì)大約為1cm的程度。除了體積龐大之外，組裝、調(diào)整也比較困難。集成光學(xué)系統(tǒng)具有如下優(yōu)點(diǎn)：
①.光波在光波導(dǎo)中傳播，光波容易控制和保持其能量。
②.集成化帶來(lái)的穩(wěn)固定位。如上所述，集成光學(xué)期待在同一塊襯底上制作若干個(gè)器件，因而不存在離散光學(xué)器件所具有的組裝問(wèn)題，這樣就可以保持穩(wěn)定的組合，從而它對(duì)振動(dòng)和溫度等環(huán)境因素的適應(yīng)性也比較強(qiáng)。
③.器件尺寸和相互作用長(zhǎng)度縮短；相關(guān)的電子器件的工作電壓也較低。
④.功率密度高。沿波導(dǎo)傳輸?shù)墓獗幌拗圃讵M小的局部空間，導(dǎo)致較高的光功率密度，容易達(dá)到必要的器件工作閾值和利用非線性光學(xué)效應(yīng)工作。
⑤.集成光學(xué)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(yōu)點(diǎn)可以分為兩個(gè)方面，其一是用集成光學(xué)體系（集成光路）代替集成電子體系（集成電路）；其二則與導(dǎo)光波的光學(xué)纖維和介質(zhì)平面光波導(dǎo)代替電線或者同軸電纜傳輸信號(hào)有關(guān)。
展開(kāi) - 分析由于光學(xué)以及機(jī)械元件導(dǎo)致的能量吸收損耗
- 在設(shè)計(jì)和優(yōu)化階段中，結(jié)合雜散光模擬和鬼像分析的唯一解決方案
- 可視化熱形變和結(jié)構(gòu)分析性能影響
- 使用 ZOS-API 自動(dòng)可視化系統(tǒng)性能瞬態(tài)效果
Zemax 集成化光學(xué)設(shè)計(jì)流程
高能激光系統(tǒng) – 系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)格
? 該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)規(guī)格要求如下：
‐ 光束直徑：18 mm
‐ 系統(tǒng)波長(zhǎng)：1064 nm (YAG 激光)
‐ 設(shè)計(jì)目標(biāo)：將系統(tǒng)光斑控制在艾里斑尺寸范圍內(nèi)
‐ 使用反射鏡偏轉(zhuǎn)過(guò)后光路中的透鏡進(jìn)行聚光
OpticStudio – 序列模式光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
? 通過(guò)定義最具挑戰(zhàn)性的光學(xué)系統(tǒng)性能指標(biāo)，設(shè)計(jì)得到高性能光學(xué)系統(tǒng)
? 全面的激光光束建模以及模擬方案
? 提升光學(xué)設(shè)計(jì)可制造性
? 在設(shè)計(jì)過(guò)程中考慮加工和裝配中存在的誤差情況，確保設(shè)計(jì)的魯棒性
? 極大程度提升系統(tǒng)良率
? 在 OpticStudio 完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)和性能確認(rèn)之后，將整體系統(tǒng)作為 ZBD 文件進(jìn)行打包，導(dǎo)入 OpticsBuilder 中
OpticStudio序列模式光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程
OpticsBuilder – CAD 平臺(tái)光機(jī)械整體分析
? 光學(xué)設(shè)計(jì)與光機(jī)械封裝的快速交互
‐ 將所有光學(xué)信息無(wú)縫鏈接至
展開(kāi) 激光傳感新方案
基于這樣的現(xiàn)狀，摯感光子依靠核心團(tuán)隊(duì)在光電通信領(lǐng)域的深厚技術(shù)積累，利用集成光學(xué)芯片技術(shù)的優(yōu)勢(shì)開(kāi)發(fā)了一種小型激光傳感平臺(tái)，將這兩種主流的傳感功能結(jié)合在一個(gè)光學(xué)平臺(tái)上，可實(shí)現(xiàn)位移測(cè)量和振動(dòng)測(cè)量等多種功能，在保持高精度測(cè)量的同時(shí)還極大降低了模塊尺寸和成本。
目前光學(xué)元器件通常體積大且價(jià)格昂貴，并且在與其他電子元器件的連接過(guò)程需要定制精確的裝配流程。而光學(xué)元件集成化可以使其在低成本的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的設(shè)計(jì)和更多的功能。集成光學(xué)芯片可以在一個(gè)單一的光學(xué)基底上包含數(shù)十到數(shù)百個(gè)光學(xué)元件，包括激光器、調(diào)制器、光電探測(cè)器和濾波器，現(xiàn)已成為一種有效的解決方案，為現(xiàn)有和新興市場(chǎng)提供創(chuàng)新的光學(xué)模組。隨著現(xiàn)代制造對(duì)光學(xué)傳感器技術(shù)需求的不斷增長(zhǎng)，集成光學(xué)芯片可以簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，使得傳感器可以進(jìn)行更快速、更準(zhǔn)確的測(cè)量，而且成本更低。
摯感光子的小型激光傳感平臺(tái)原理圖
如傳感器平臺(tái)的原理圖所示，具有不同延遲線的光學(xué)干涉儀最先在集成光學(xué)芯片上實(shí)現(xiàn)，并通過(guò)一個(gè)一體化封裝將集成光學(xué)芯片、激光二極管、探測(cè)器陣列和光學(xué)透鏡組成一個(gè)小型化激光傳感模組。摯感光子自主研發(fā)的激光傳感平臺(tái)通過(guò)專有的數(shù)字信號(hào)處理（DSP）算法，可提供LDV技術(shù)中的瞬時(shí)位移、振動(dòng)和光學(xué)相位測(cè)量等多種功能，此外還可以實(shí)現(xiàn)與常規(guī)三角法激光位移傳感器一樣的絕對(duì)位移／距離的測(cè)量， 并具有同等甚至更優(yōu)的測(cè)量精度。
激光同軸位移傳感器（左）與傳統(tǒng)的三角法激光位移傳感器（右）對(duì)比
基于這一結(jié)合了瞬時(shí)位移、振動(dòng)、光學(xué)相位測(cè)量和絕對(duì)位移／距離的測(cè)量的小型化激光傳感平臺(tái)，摯感光子還研發(fā)了一系列的激光傳感模塊（見(jiàn)圖）。
展開(kāi) 相反，它需要一個(gè)全面的策略，基于高階物理光學(xué)理論，為光學(xué)軟件提供堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。對(duì)不同尺度的光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行建模，需要在統(tǒng)一的物理光學(xué)框架內(nèi)集成多種不同的仿真模型。這正是我們?cè)?VirtualLab Fusion 軟件中所采用的方法。
圖2：幻燈片#14
幻燈片 #13–15
在 VirtualLab Fusion 的眾多技術(shù)創(chuàng)新中，幾何光學(xué)在電磁場(chǎng)建模方面的進(jìn)步使其能夠順利與其他物理光學(xué)仿真技術(shù)相結(jié)合。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，我們遵循了 Max Born 和 Emil Wolf 數(shù)十年前提出的指導(dǎo)原則 [1]，他們?cè)鴱?qiáng)烈建議將幾何光學(xué)的基礎(chǔ)擴(kuò)展至電磁場(chǎng)。通過(guò)采用我們統(tǒng)一的多尺度仿真（multiscale simulation）方法，可以無(wú)縫銜接傳統(tǒng)透鏡曲面的幾何光學(xué)建模與超透鏡（metalens）的高級(jí)仿真模型。這種方法在 VirtualLab Fusion 中實(shí)現(xiàn)了前所未有的多尺度仿真速度。
圖3：幻燈片#17
幻燈片 #22
在 VirtualLab Fusion 的多尺度仿真框架中，整合超透鏡（metalenses）的主要挑戰(zhàn)在于創(chuàng)建一個(gè)能夠與其他光學(xué)元件（如傳統(tǒng)透鏡）的仿真模型無(wú)縫交互的超透鏡仿真模型。在探討我們?nèi)绾螒?yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)之前，我們需要先回答一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題：將平面透鏡集成到光學(xué)設(shè)計(jì)中，預(yù)期會(huì)帶來(lái)哪些結(jié)果？
第三章
超透鏡的潛在應(yīng)用
幻燈片 #24–29
為了解答這個(gè)問(wèn)題，我們首先做出一些基本觀察。為了生成物點(diǎn)圖像，例如軸向物點(diǎn)圖像，我們?cè)O(shè)計(jì)一個(gè)合適的曲面。將這個(gè)曲面替換為平面透鏡不會(huì)改變物面和像面的距離。因此，平面透鏡的形狀變化不會(huì)減少系統(tǒng)的長(zhǎng)度。接下來(lái)，我們添加另一個(gè)物點(diǎn)，這需要一個(gè)不同的曲面來(lái)實(shí)現(xiàn)精確成像。單一曲面無(wú)法準(zhǔn)確成像多個(gè)物點(diǎn)。
展開(kāi) 
集成光學(xué)的相關(guān)專題、標(biāo)簽、搜索
集成光學(xué)的最新內(nèi)容
? 跨尺度仿真斷裂，多軟件協(xié)同效率低下
? 算力瓶頸突出，高維優(yōu)化陷入 “局部最優(yōu)”
? 設(shè)計(jì) - 制造閉環(huán)缺失，量產(chǎn)良率難以保障
03/OAS 助力輕量化，高分辨率成像
（OAS光學(xué)軟件主界面）
OAS 光學(xué)軟件（點(diǎn)擊詳細(xì)介紹）
? 跨尺度耦合仿真，平衡三大核心指標(biāo)
OAS 軟件集成幾何光學(xué)到波動(dòng)光學(xué)的跨尺度仿真，打通宏觀光路與微觀光柵的仿真壁壘
核心業(yè)務(wù)包括光學(xué)儀器與設(shè)備的研發(fā)、制造，以及光學(xué)系統(tǒng)集成、服務(wù)等。成立以來(lái)形成自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)60+項(xiàng)，具有GJB9001C質(zhì)量體系認(rèn)證，并獲得專精特新中小企業(yè)等多項(xiàng)榮譽(yù)，技術(shù)成果已成功進(jìn)入“慧眼行動(dòng)”遴選，同時(shí)得到多家國(guó)企投資機(jī)構(gòu)資金支持。
軟件集成幾何光學(xué)到波動(dòng)光學(xué)的跨尺度仿真，打通宏觀光路與微觀光柵的仿真壁壘，無(wú)需多軟件切換，實(shí)現(xiàn)毫米級(jí)到納米級(jí)全尺度無(wú)縫仿真。
因此，這些結(jié)構(gòu)在光學(xué)集成電路內(nèi)部的量子信息處理方面提供了富有前景的應(yīng)用。
此外，雙曲型超晶格可以通過(guò)兼容的晶體結(jié)構(gòu) （如氮化鈦和氮化鋁鈧）組合形成。與金和銀不同，這些材料與現(xiàn)有CMOS組件兼容，并且在較高溫度下具有熱穩(wěn)定性。由于光子密度較高（相比于金或銀），這些材料也是有效的光吸收劑。
圖3 雙折射透鏡整形系統(tǒng)
（3）衍射光學(xué)元件（DOE）
衍射光學(xué)元件利用光的波動(dòng)性實(shí)現(xiàn)相位與振幅調(diào)控，在小型化、集成化光學(xué)系統(tǒng)中不可或缺。其設(shè)計(jì)核心在于通過(guò)迭代算法優(yōu)化相位分布，避免局部最優(yōu)解。
? 跨尺度仿真斷層，精度與效率失衡
? 光柵優(yōu)化與色散分析能力不足
? 雜散光分析與工藝適配不足
? 行業(yè)適配性差且缺乏自主可控能力
03/OAS光學(xué)軟件精準(zhǔn)規(guī)避設(shè)計(jì)陷阱
（OAS光學(xué)軟件主界面）
? 跨尺度耦合仿真，平衡三大核心指標(biāo)
OAS軟件集成幾何光學(xué)到波動(dòng)光學(xué)的跨尺度仿真，打通宏觀光路與微觀光柵的仿真壁壘，無(wú)需多軟件切換，實(shí)現(xiàn)毫米級(jí)到納米級(jí)全尺度無(wú)縫仿真
設(shè)備集成光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)，可融合CT三維數(shù)據(jù)與光學(xué)測(cè)量數(shù)據(jù)，進(jìn)一步提升尺寸測(cè)量的準(zhǔn)確性與數(shù)據(jù)可靠性。
2. 專業(yè)團(tuán)隊(duì)與標(biāo)準(zhǔn)化流程
由高學(xué)歷、多年行業(yè)經(jīng)驗(yàn)的工程師團(tuán)隊(duì)主導(dǎo)檢測(cè)方案定制，結(jié)合仿真工具優(yōu)化掃描參數(shù)，大幅縮短檢測(cè)周期，保障檢測(cè)效率。
許多新的光學(xué)系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)小型化，但將多個(gè)透鏡集成在光學(xué)系統(tǒng)中可能會(huì)影響其光學(xué)和圖像質(zhì)量。與球面透鏡相比，自由曲面光學(xué)方法不僅能提供更好的光學(xué)性能，而且還可以減少光學(xué)元件中所需的透鏡、反射器或反射鏡的數(shù)量。該方法不僅使制造商能夠創(chuàng)建更小的光學(xué)組件，還提供了一種消除光學(xué)像差的方法。得益于這些優(yōu)勢(shì)，自由曲面光學(xué)已被廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車和消費(fèi)類電子等行業(yè)。
五維智能感知——下一代光學(xué)的百年演進(jìn)1個(gè)月前
核心業(yè)務(wù)包括光學(xué)儀器與設(shè)備的研發(fā)、制造，以及光學(xué)系統(tǒng)集成、服務(wù)等。成立以來(lái)形成自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)60+項(xiàng)，具有ISO9001質(zhì)量體系認(rèn)證，并獲得國(guó)家高新技術(shù)企業(yè)、專精特新中小企業(yè)等多項(xiàng)榮譽(yù)，技術(shù)成果已成功進(jìn)入“慧眼行動(dòng)”遴選，同時(shí)得到多家國(guó)企投資機(jī)構(gòu)資金支持。
核心業(yè)務(wù)包括光學(xué)儀器與設(shè)備的研發(fā)、制造，以及光學(xué)系統(tǒng)集成、服務(wù)等。成立以來(lái)形成自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)60+項(xiàng)，具有ISO9001質(zhì)量體系認(rèn)證，并獲得國(guó)家高新技術(shù)企業(yè)、專精特新中小企業(yè)等多項(xiàng)榮譽(yù)，技術(shù)成果已成功進(jìn)入“慧眼行動(dòng)”遴選，同時(shí)得到多家國(guó)企投資機(jī)構(gòu)資金支持。
