光子學與光學器件
關注創建者：匿名 創建時間：2025-11-12
光子學與光學器件的視頻教程
Ansys Lumerical光子集成電路PIC 有源器件的設計與仿真
針對PIC的應用，Lumerical提供包括光子有源器件，無源器件及circuit芯片級的完整解決方案。 本次培訓將以PIC有源器件設計作為范例，針對Multiphysics產品作深入淺出的介紹 - 從演算法到實際范例演示，包括完整軟件的操作、分析及設計流程。 講師簡介：陳奕豪(Yi-Hao Chen)畢業于臺灣大學電機系，后于美國密西根大學電機研究所主修光學，研究奈米光學元件取得電機博士學位。
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光子學與光學器件的實例教程
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 與傳統折射/反射光學元件不同，這種元件的設計理念通過光學幾何相位或PB相位（Pancharatnam–Berry phase）來實現，即液晶分子的二維空間有序排布（圖2）。液晶材料是一種具有單軸光學各向異性的材料，具有相對較高的雙折射率（Δn≈0.2），通過高分辨圖案化液晶配向技術（例如光配向）控制液晶分子的取向，可實現復雜相位波前，在數個微米厚度內高效操控光場，實現各種光學功能，不涉及顯影、蝕刻等結構轉移步驟，被譽為第四代光學技術。
圖1 （a）傳統光學元件，（b）液晶聚合物平面透鏡
圖2基于PB相位液晶元器件中液晶分子的指向矢分布。(a)透鏡，(b)光柵，(c)液晶分子從0到2π變化，對應相位在0到4π之間變化，在2π位置由于液晶分子自組裝作用，不存在相位突變。
圖3 基于液晶聚合物的平面光學元件制備流程
基于幾何相位的液晶超表面器件，利用液晶分子在平面內0-180°指向變化，來控制光學波前0-2π相位變化，從而實現復雜光學相位器件（圖2）。該新型光學元器件的制備流程由圖3中給出，主要包括旋涂偏振光敏薄膜、圖案化偏振曝光、灌注液晶（LC）或者涂敷液晶聚合物（LCP）材料，即可完成主動可控的液晶光子器件或者耐用薄膜液晶聚合物光子器件，其中器件效率通過半波延遲量來控制。幾何相位液晶平面光學有以下特點：
輕薄、易集成：液晶或者液晶聚合物材料具有相對較高的雙折射率(約0.15)，僅需<2 um的厚度即可滿足可見光至近紅外器件的半波延遲需求。液晶聚合物薄膜可通過層壓、膠粘等工藝與多種光學元件進行對準集成。
分子指向電場可控，便于面向主動光學器件應用。
展開 <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 這些納米尺度光學器件可以用來構建更復雜的光學通訊、傳感、計算和生物醫藥技術芯片。
例如，葡萄糖分子有左旋和右旋 2 種類型，具有不同的光特性。因此，可以利用這種特性，用納米光學極化傳感器構建更小，更高效的葡萄糖分子感測器。
此外，通過光學極化技術，可以讓光纖通信實現極化復用，提高光纖容量，而利用納米光學器件可以構造出更高效的光纖通信系統。
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討論題：溫度對元器件性能和壽命的影響有哪些？（ ）
A、材料熱膨脹系數不匹配導致的熱應力
B、材料被腐蝕速率隨溫度升高而升高
C、溫度變化后，材料電氣性能會發生變化
D、溫度變化后，芯片封裝氣密性會發生變化
E、溫度變化后，一些材料的硬度、機械粘接力、彈性模量等會發生變化
坦白講，這是我成為熱設計工程師之初一直在思考的問題，原因是擔心熱設計行業會不會很快成為夕陽行業。雖然我前面通過熱的無序性和信息以及能源的有序性矛盾粗略解釋了熱管理問題會越來越嚴重
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
引言
本文演示了一種將Synopsys OptoCompiler中開發的無源光子器件版圖導入Lumerical產品進行光路仿真的工作流程。該工作流程利用Ansys Lumerical MODE中的EME（特征模擴展）求解器進行光學仿真，利用Ansys Lumerical CML Compiler生成緊湊模型，并利用Ansys Lumerical INTERCONNECT進行光子電路設計和仿真。
<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
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
寫在前面
仿真、模擬、有限元分析、多物理場……這些術語是不是早已成為每位仿真人的“日常”？大家是否知曉其背后的技術原理和演進趨勢，正深刻地改變著世界？Ansys全新推出【Simulation Topics】系列專題，邀您一起探索仿真世界。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
寫在前面
仿真、模擬、有限元分析、多物理場……這些術語是不是早已成為每位仿真人的“日常”？大家是否知曉其背后的技術原理和演進趨勢，正深刻地改變著世界？Ansys全新推出【Simulation Topics】系列專題，邀您一起探索仿真世界。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
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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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。
邁克爾遜干涉儀
