光子學與光學
關注創建者：匿名 創建時間：2025-11-10
光子學與光學的實例教程
<p>Ansys光學與光子學解決方案提供功能強大的設計、優化和驗證仿真軟件，可幫助設計師更快地開發出卓越的光學產品，同時提升產品的性能、可靠性和良率。在最新發布的2026 R1 新版本中，通過簡化的雜散光分析工作流程，Ansys Zemax OpticStudio 與 Ansys Speos for NX 之間強大的光學設計交換 (ODX) 以及實用的 NEST 容差，推動了光學和光子工程的發展；Synopsys OptoCompiler與Ansys Lumerical 集成實現了無縫 PIC 建模、精確的系統仿真以及高效的跨工具協作，以獲得高保真度結果。</p><p>在Ansys應用類系列網絡研討會中，光學系列專題也已上線，圍繞 Lumerical、Zemax、Speos 三大核心產品，全年9場在線技術分享，涵蓋 AI 驅動的高速電光仿真、硅光芯片、光機系統、成像與顯示應用等主題，歡迎大家報名參會！
展開 </p><p>為幫助大家更好的了解Ansys 2024 R2新版本中光學仿真功能變化，<strong>9月24日</strong>，Ansys系列網絡研討會推出<strong>「Ansys 2024 R2：Ansys 光學與光子學仿真新功能介紹」</strong>，為大家詳細介紹Ansys 2024 R2光學產品新功能：</p><ul><li>在Speos新版本中增強了Zemax和Speos的簡化數據交換以及Speos中基于序列的路徑檢測，進而考慮到了雜散光對系統性能的實際影響，同時也增強了光導設計和實時預覽；</li><li>在Zemax新版本中通過提高公差能力來考慮裝配和制造誤差對實際結果的影響；</li><li>在Lumerical新版本中通過使用行業領先的布局工具增強工作流程，實現光子集成電路的現實世界設計，同時增強了多尺寸、多物理場仿真工具之間工作流程。</li></ul><p class="ql-align-center">獲取更多精彩內容，歡迎大家報名參會！</p><p><img src="https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/sJ5jnYn8SicedqJt6z63Gb6sEwXO3hGpT5SoGnMl5mPLn9kL3klT6icicJ72OI5UoG2YB7Ppp6dGwDzwlWIIjXWcw/640?
展開 本文原刊登于Ansys Blog：《Optics & Photonics Industry Insights: Automotive》
作者：Sanjay Gangadhara | Ansys 光學高級項目總監
筆者有幸參加了2022年由美國光學學會（Optica）和車載光學聯盟（COBO）聯合舉辦的峰會，主題是共封裝光學（CPO, co-packaged optics）和可插拔光學。本次會議重點介紹了超大規模云提供商（如谷歌、微軟和Meta）所需的光學技術，旨在支持數據中心不斷增長的帶寬和性能需求。
現場聆聽行業專家討論CPO與可插拔光學的優勢是非常有趣的。CPO在最大限度降低功耗（新一代數據中心的關鍵需求）方面具有強大的優勢，而可插拔光學是一種久經驗證的技術，并且仍有進步空間。實際上，在為數不多的一些情況下，許多公司在開發可插拔光學解決方案時采用的技術與其CPO解決方案相同。
會議期間分享了一個有趣的假設，至少在近期CPO可能會在新興技術領域找到更多機會，而非數據中心。這是因為CPO在其他應用實現商業化之前，超大規模云提供商可能不愿投資于共封裝光學所需的研發，而適合CPO的應用之一是汽車激光雷達。
許多人認為，激光雷達系統對于自動駕駛汽車從當前的自動化水平（L2級以上，高級部分自動化）發展到預期的L4級（高度自動化）和L5級（完全自動化）至關重要。雖然激光雷達的能力已在市場上被成功證明，但在縮小激光雷達系統的尺寸，降低成本的同時提高性能、可靠性與安全性方面仍存在挑戰。業內已經采用固態技術作為應對這些挑戰的第一步，但越來越多的長期解決方案傾向于使用硅光子技術和共封裝光學。
展開 Ansys Lumerical是業界領先的光子學仿真工具，其擁有完整的光子學仿真解決方案，支持全套光子學器件級和系統級仿真。器件和系統級工具無縫協作，讓設計人員能夠對相互作用的光學、電氣和熱效應進行建模仿真。
產品之間靈活的互操作性支持將多物理場仿真和光子電路仿真與第三方EDA工具相結合的各種工作流程，以幫助優化產品性能、最大限度地降低物理原型制作成本并縮短產品上市時間。
Ansys Lumerical FDTD是業界公認的微納光子器件仿真的標準工具。
這款高性能二維／三維麥克斯韋方程求解軟件，能夠精確分析具有微納尺寸或亞波長結構與紫外、可見、紅外、太赫茲和微波的相互作用，能被廣泛應用千微納光電子器件、工藝以及材料的設計、分析和優化。
FDTD的集成設計環境支持腳本語言操作、高級后處理和結構優化功能，讓用戶可以更專注有效地完成設計要求。
規格概要
二維或三維建模
自定義任意表面和立體形貌
高級共形網格技術
靈活的材料插件
支持隨空間變化的各向異性材料
全矢量自定義和高數值孔徑的寬譜高斯光源
遠場分析
Q因子分析
自動提取S參數
能帶結構分析
腳本和優化程序
支持云計算和HPC高性能并行計算
主要特點
光子器件逆向設計優化
針對目標自動化探索最佳設計與結構；找出性能優化、面積最小化并提升工藝匹性的非直觀幾何形狀。
強大的后處理
強大的后處理功能，包括遠場分析，能帶結構分析，雙向散射分布函數(BSDF)生成，Q因子分析，電荷產生率。
非線性與各向異性材料
對含有非線性材料或各向異性空間變化材料的器件進行彷真。可以選擇各種非線性、負折射率和增益的材料模型，或者使用靈活的材料插件自行定義新材料模型。
展開 和電子不同，光子具備并行、高速的特性。光路在空中交叉傳輸又互不干擾，同時光計算具有天然的并行性，可以在一個時段內同時進行多路計算，且自身能耗非常低，以目前方興未艾的人工智能來看，通過光子可以瞬時的實現卷積運算。也就是說，從未來科技發展與應用來看，光計算是有望代替電計算，演化為下一代高性能計算處理器。
但一直以來，對于“光機電算”四大工程領域中，光的體量不及電之萬一。從C端應用來看，光學的實現主要局限在幾何光學的設計理論范疇與冷光學的工藝制造范疇，比如鏡片、成像等，精度停留在亞毫米和微米級的范疇；從B端應用來看，光通訊領域最快的見證了“光”代“電”的趨勢，硅光子技術正逐步的使得光與電在加速融合。從未來趨勢來看，我們相信，在不久的將來：
1. 基于其物理特性，光必然會從“傳輸”領域逐步向“感知”領域、向“思考”領域逐步進化 ；
2. 伴隨光進入計算的范疇，光學的理論實踐將從幾何光學向波動光學、甚至更深遠的粒子光學升級；光學的工藝制成將從一直以來的冷加工向革新的工藝升級；
3. 光學組件的成本在終端的比重會超過50%；
4. 正如集成電路的興起引領了消費電子的浪潮，光學的進化也將拉開“消費光子”的序幕。
回溯消費電子的發展歷程，“納米尺度”與“規模性低成本”是集成電路技術使得電子進入消費級的兩大特征。與之類似，“消費光子”序幕的真正拉開也必將伴隨這兩大特征的訴求。縱觀目前光學的發展現狀：以硅光子技術為旗艦的有源光學近年來發展迅猛；但反觀體量更大、與消費級更息息相關的無源光學卻依然停留在傳統的“冷光學”體系
–元件尺寸、精度受工藝限制，導致應用局限。
實現“消費光子”，意味著光學也需要從微米精度踏入“納米尺度”、需要從精度越高成本越高的單體制成踏入“極大規模性低成本”制成，意味著在需要“晶圓”層面上實現光學設計與制成。
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在過去的幾十年中，電子和光子學取得了長足的進步，顯著改進了數據處理技術，使我們的生活發生了翻天覆地的變化。
表面等離子體光子學描述了在金屬-電介質界面上對光信號進行納米級（十億分之一米）操作。受光子學的啟發，表面等離子體光子學利用了金屬納米結構的獨特屬性，使得在近原子尺度下傳輸光信號成為可能。
在同一半導體芯片上集成傳統的光子學和電子學與表面等離子體光子學具有顯著的優勢，可創造出超高速的計算機芯片和光通信器件
<p>Ansys光學與光子學解決方案提供功能強大的設計、優化和驗證仿真軟件，可幫助設計師更快地開發出卓越的光學產品，同時提升產品的性能、可靠性和良率。
在光學膠的研發中，我們常常面臨一個核心矛盾：通過精妙的分子設計與網絡構建，材料在理論上擁有了優異的性能，但它在實際工況下的長期表現——能承受多少次彎折？在持續應力下會否失效？——卻往往因缺乏關鍵的連接數據而難以回答。
正如劉維民院士團隊在《Chemical Reviews》關于“聚合物凝膠力學調控”的重磅綜述中所指出的，前沿的解決思路是 “協同方法學”（synergistic methodology
另一方面，在光學和光子學領域，光線追跡是光源與物理物體相互作用的方式，因此其考慮系統的材料屬性以及發生的物理相互作用。在光學和光子學領域，光線追跡的核心是準確定和光的行為核心，而不是作為視覺寫實的工具。本文重點介紹的是光線追跡在光學和光子組件設計中的應用。
光線追跡的工作原理？
光線追跡是一種計算方法，用于在光線穿過光學系統時對其進行建模。
本專題將以“一期一會”的形式，攜手各領域專家，圍繞Ansys全產品線的技術優勢，帶您深入解析流體、結構、電子設計及電磁仿真、光學、光子學、半導體、自動駕駛、汽車、聲學、航空航天、材料等多個關鍵領域，讓復雜的專業知識觸手可及。
在過去的幾十年中，電子和光子學取得了長足的進步，顯著改進了數據處理技術，使我們的生活發生了翻天覆地的變化。
什么是CMOS圖像傳感器？2個月前
設計人員必須考慮光子學參數，例如光學效率、量子效率、暗電流和產生的電荷等。此外，設計還必須考慮被檢測光的波長，從紅外到可見光再到紫外。
光學設計
CMOS圖像傳感器的準確性和效率取決于投影到傳感器陣列上的圖像質量。光學工程師必須開發一種優化的透鏡裝配體，以便在表面上呈現清晰、平整的投影。為了獲得更準確的傳感器響應，還應考慮從透鏡到傳感器表面空間變化的非正常入射光的影響。
CMOS圖像傳感器的設計2個月前
設計人員必須考慮光子學參數，例如光學效率、量子效率、暗電流和產生的電荷等。此外，設計還必須考慮被檢測光的波長，從紅外到可見光再到紫外。
光學設計
CMOS圖像傳感器的準確性和效率取決于投影到傳感器陣列上的圖像質量。光學工程師必須開發一種優化的透鏡裝配體，以便在表面上呈現清晰、平整的投影。為了獲得更準確的傳感器響應，還應考慮從透鏡到傳感器表面空間變化的非正常入射光的影響。
本專題將以“一期一會”的形式，攜手各領域專家，圍繞Ansys全產品線的技術優勢，帶您深入解析流體、結構、電子設計及電磁仿真、光學、光子學、半導體、自動駕駛、汽車、聲學、航空航天、材料等多個關鍵領域，讓復雜的專業知識觸手可及。
CMOS圖像傳感器是一種采用互補金屬氧化物半導體（CMOS）技術的半導體器件，旨在將入射光轉換為數字圖像。
超表面計量學的光學屬性4個月前
光學超表面（MS）是一種新型的平面光學元件，由于其緊湊性、多功能性以及設備集成性的優點，正深刻變革著光學設計領域。本期文章將介紹現有的用于超表面檢測的光學計量技術，包括振幅、偏振、定量相位測量以及疊層成像等 ，最后討論了超表面在光學計量中的應用以及未來的發展趨勢。
引言
過去十年間，平面結構化光學界面（即超表面）發展迅猛。超表面本質上是平面器件，可借助半導體制造工具和設備進行生產，有望實現晶圓級制造以及與光電子系統集成
邁克爾遜干涉儀和光學計量學6個月前
自從1887年著名的邁克爾遜-莫雷實驗開始，邁克爾遜干涉儀及其變種在光學研究中發揮著重要作用。如今，人們仍然經常可以找到以邁克爾遜干涉儀形式配置的光學系統，例如相干掃描干涉儀。借助VirtualLab Fusion，尤其是在非序列場追跡的幫助下，我們展示了邁克爾遜白光干涉儀的工作原理，并展示了其如何應用于光學計量學。
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